FAQ: Mechanische Chronometer

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Ralf
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FAQ: Mechanische Chronometer

Beitrag von Ralf » Mi 23. Jan 2008, 18:37

Chronometer heisst erst mal >Zeitmesser<, aus den beiden griechischen Worten >chronos< Zeit und >metro< Mass. Wenn wir schon bei Sprache sind, es ist >das Chronometer<, sächlich. Und bevor ich zu dem Streit kommen, ob Chronometer wirklich >Zeitmesser< bedeutet fang ich lieber mit der Geschichte an.

Historisches
Am Anfang war das Nichts. Dann kamen die Sterne, und dann die Leute, die sie angesehen haben. Je genauer sie hingesehen haben, desto dringender wurde die Frage >WANN???<. Zur Erfindung der optischen Teleskope waren die Pendeluhren schon so gut, dass es keine Probleme gab, vor allem, weil man sie anhand des Gesehenen ja immer wieder leicht korrigieren konnte. Richtig gekracht hat es erst etwas später, in der Schifffahrt, und zwar gekracht im engeren Sinne des Wortes. Die englische Flotte ist am 22.10.1707 in die Scilly Inseln vor Cornwall gekracht. Die Britische Regierung erlies deswegen 1714 ( 1714 – 1707 = 7 !) den >Longitude Act<, in dem 20.000 Pfund für ein Methode ausgesetzt wurden, die es ermöglichen sollte, auf eine Reise zu den Westindischen Inseln, also einer Atlantiküberquerung, eine Genauigkeit von 30 Seemeilen zu ermöglichen. Umgerechnet sind das in etwa 2 Minuten Gangabweichung in zwei Monaten. Bei statistischer Addition der Standardabweichungen sind das rund 16 Sekunden pro Tag. Wie das dann weiterging möchte ich hier nicht erzählen, auch weil Dava Sobel (zusammen mit William J. H. Andrewes, Matthias Fienbork und Dirk Muelder ) ein wunderbares Buch darüber geschrieben hat: >Längengrad<. 223 Seiten, Berlin Verlag, ISBN-10: 3827003644. Jedem Uhrenliebhaber unbedingt zu empfehlen. Nur soviel: die endgültige Lösung von John Harrison, die H4, ging etwas über 5 Sekunden falsch, über die gesamte Strecke! (umgerechnet unter 0,7 s/d Gangabweichung).

Das nannte man dann ein Chronometer. Genauer gesagt Schiffschronometer. Eine Besonderheit sei noch erwähnt, die später noch mal wichtig wird: Bei Schiffschronometern wurde der Gang nicht nachreguliert. Der absolute mittlere Gang war bei der Navigation belanglos: es wurde sowieso ein Chronometertagebuch geführt und bei jeder Standortbestimmung die abgelesen Zeit rechnerisch korrigiert. Der Gang war gar kein Qualitätskriterium, sondern nur die Genauigkeit: die Gangabweichung.

Armband- und Taschenuhren
Da der Begriff nun in der Schifffahrt eingeführt war und eine guten Klang hatte, wollte man ihn auch für andere mobile Uhren benutzen. Also haben immer mehr Hersteller ihre Uhren Chronometer genannt. Anderen Herstellern hat das nicht gefallen, die waren der Meinung, dass ihre Uhren eh besser wären und dass es nicht in Ordnung wäre, schlechteren Uhren einen besser klingenden Namen zu geben. Das hiess zwar damals noch nicht Marketing, aber Leute haben schon genau so gedacht und beratschlagt, wie man denen eins auswischen kann, oder um bei der offiziellen Sprachregelung zu bleiben: wie man den Kunden besser vor falscher Werbung schützen kann. Die Idee war: Eine Uhr darf sich nur Chronometer nennen, wenn sie von einer Prüfstelle geprüft worden ist. Dafür wurden einige Prüfinstitute eingerichtet: Bern, Genf, Neuchatel, Solothurn and Waadt. Wem jetzt was auffällt, der liegt vermutlich richtig: Wer hat's erfunden? Die ..., das war die eine Partei. Die andere Partei wurde durch die U.S.A. angeführt. Nun hat sich die Uhrenindustrie dort über die Zeit nicht gerade als Stütze der Wirtschaft herausgestellt, sondern ist eher kontinuierlich dem Nullpunkt zugestrebt. Somit war die Lobby in Washington irgendwann nicht mehr stark genug, die U.S.A. haben nachgegeben und heute gilt die Regel: Eine Uhr darf sich nur dann Chronometer nennen, wenn sie ein offizielles Zertifikat hat. Die einzelnen schweizer Institute wurden 1973 zur Controle Officiel Suisse des Chronometres, kurz C.O.S.C zusammengefasst.

BTW: Womit auch die Frage nach dem Unterschied zwischen einem >Superlative Chronometer Officially Certified< und einem >Chronometer< beantwortet ist: Den erstgenannten Begriff hat sich eine einzelne Firma gesetzlich schützen lassen, aus normativer technischer Sicht gibt es keinen Unterschied.

Der Prüfablauf
Der Standardablauf ist folgender:
Man nimmt das Werk, nicht die Uhr, sondern nur das noch nicht eingebaute Werk.
Man baut ein blankes Zifferblatt und eine Sekundenzeiger vorne drauf und eine spezielle Krone auf die Aufzugswelle. danach wird das Werk 15 mal, je einmal pro Tag, aufgezogen, liegengelassen und der Gang aufgeschrieben.
  • 2 Tage Position 6H (Vertikal, 6 Uhr oben) bei 23°C
  • 2 Tage Position 3H (Vertikal, 3 Uhr oben) bei 23°C
  • 2 Tage Position 9H (Vertikal, 9 Uhr oben) bei 23°C
  • 2 Tage Position FH (Horizontal, Zifferblatt unten) bei 23°C
  • 2 Tage Position CH (Horizontal, Zifferblatt oben) bei 23°C
  • 1 Tag Position CH (Horizontal, Zifferblatt oben) bei 8°C
  • 1 Tag Position CH (Horizontal, Zifferblatt oben) bei 23°C
  • 1 Tag Position CH (Horizontal, Zifferblatt oben) bei 38°C
  • 2 Tage Position 6H (Vertikal, 6 Uhr oben) bei 23°C
Die täglichen Gänge nennt man kurz M... und man nummeriert sie einfach durch, von 1 bis 15

Die Ergebnisse

Es wird nach sieben Kriterien ausge- und bewertet
  • Mittlerer täglicher Gang in den verschiedenen Lagen
  • Mittlere Gangabweichung
  • Grösste Abweichung
  • Differenz zwischen liegend und hängend
  • Grösste Differenz zwischen dem mittleren täglichen Gang und einem der 5 ersten Gänge
  • Gangabweichung pro Grad Celsius
  • Wiederaufnahme des Ganges
Vorarbeit ist die Berechnung der Differenz der täglichen Gänge für die ersten 10 Tage:
V1 = abs( M2 - M1 )
V3 = abs( M4 – M3 )
V5 = abs( M6 – M5 )
V7 = abs( M8 – M7 )
V9 = abs( M10 – M9 )

Mittlerer täglicher Gang in den verschiedenen Lagen M
Eigentlich hat das M einen Querstrich oben drüber, weil es der Mittelwert aus M 1 bis 10 ist.
M = (M1 + M2 + M3 + M4 + M5 + M6 + M7 + M8 + M9 + M10) / 10

Mittlere Gangabweichung V
Auch mit Querstrich oben drauf, nur jetzt aus den Vx
V = (V1 + V3 + V5 + V7 + V9) / 5

Grösste Abweichung Vmax
Das grösste Vx
Vmax = max(V1, V3, V5, V7, V9)

Differenz zwischen liegend und hängend D
Eigentlich die Differenz zwischen 6H und CH, zuvor jeweils gemittelt
D = ( ( M1 + M2 ) / 2 ) – ( ( M9 + M10 ) / 2 )

Grösste Differenz zwischen dem mittleren täglichen Gang und einem der 10 ersten Gänge P
Schlimm langer Titel für den schlimmsten Ausreisser, die Formel ist aber auch arg lang:
P = max( abs(M-M1), abs(M-M2), abs(M-M3), abs(M-M4), abs(M-M5), abs(M-M6), abs(M-M7), abs(M-M8), abs(M-M9), abs(M-M10) )

Gangabweichung pro Grad Celsius C
Der primärere Temperaturfehler
C = ( M13 – M11 ) / (38 °C – 8 °C)

Wiederaufnahme des Ganges R
R = M15 – ( ( M1 + M2) / 2 )

Die Grenzwerte
Es wird nach
  • Taschenuhrenwerke
  • Armbanduhrenwerke über 20 mm Durchmesser
  • Armbanduhrwerke bis 20 mm einschliesslich
unterschieden. Zusätzlich noch, ob ein Zusatzmechanismus vorhanden ist, der zugeschalte werden kann. Wenn ja, dann werden er am 10ten Tag (M10) eingeschaltet, danach wieder aus, also nur am 10ten Tag.

Werke über 20 mm (das sind die Meisten)
  • M von -4 s/d bis +6 s/d
    V maximal 2 s/d (V ist ein Betrag)
    Vmax maximal 5 s/d (dito, Betrag)
    D von -6 s/d bis +8 s/d
    P maximal 10 s/d (Betrag, s.o.)
    C von -0,6 s/d°C bis +0,6 s/d°C
    R von -5 s/d bis +5 s/d
Werke bis 20 mm
  • M von -5 s/d bis +8 s/d
    V maximal 3,4 s/d (V ist ein Betrag)
    Vmax maximal 7 s/d (dito, Betrag)
    D von -8 s/d bis +10 s/d
    P maximal 15 s/d (Betrag, s.o.)
    C von -0,7 s/d°C bis +0,7 s/d°C
    R von -6 s/d bis +6 s/d
Werke für Taschenuhren (nur, so sie wirklich in Taschenuhren landen)
  • M von -2 s/d bis +5 s/d
    V maximal 1,5 s/d (V ist ein Betrag)
    Vmax maximal 2,5 s/d (dito, Betrag)
    D von -4 s/d bis +4 s/d
    P maximal 7 s/d (Betrag, s.o.)
    C von -0,35 s/d°C bis +0,35 s/d°C
    R von -2,5 s/d bis +2,5 s/d
    ES von -4,5 s/d bis + 4,5 s/d (Erklärung kommt noch!!!)
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Kritik
Ab hier stelle ich mein persönliche Meinung dar, diese ist bitte wiederum selber kritisch zu betrachten und gegebenenfalls zu überdenken, ob es der eigenen Vorstellungen entspricht. Dies steht eigentlich im Gegensatz zum Grundcharakter der FAQs, aber IMHO sind die Probleme zu gross, um sie nicht zu erwähnen.


1) Der mittlerer täglicher Gang in den verschiedenen Lagen M
Dieser Wert hat eigentlich gar nichts in der Prüfvorschrift zu suchen. Er hat mit der Genauigkeit des Werkes nichts zu tun. Er spezifiziert die Regulierung des mittleren Gangs, also die Qualität der Regleuse (offizielle schweizer Berufsbezeichnung!). Ob jemand innerorts zu schnell, zu langsam oder korrekt fährt hängt ja auch nur ganz untergeordnet von dem Auto ab. Genauso ist es bei der Uhr.

Dass er beim noch nicht eingebauten Werk ermittelt wird macht die Sache noch schlimmer. Da kann sehr schnell und sehr leicht auf dem Weg ins Gehäuse (und bis zum Kunden) noch so einiges passieren. Trotzdem bleibt die Uhr natürlich ein Chronometer. Immerhin, die deutsche Variante der COSC Prüfung , die Prüfung durch die Sternwarte Wempe Chronometerwerke Glashütte i/SA erfolgt mit Uhrwerken im Gehäuse fertig montiert (diese Firma ist in Zusammenarbeit mit dem Landesamt für Mess- und Eichwesen Thüringen und dem Sächsischen Landesamt für Mess- und Eichwesen von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) als Kalibrierlaboratorium und Aussenstelle für Chronometerprüfungen des Deutschen Kalibrierdienstes (DKD) zertifiziert, darf z. Zt. als einziges deutsche Stelle Prüfungen abnehmen, Vorschrift heisst dann zwar DIN 8319-1, ist aber bezüglichen mechanischen Armbanduhren identisch).

Wie auch immer, er wird vollkommen überbewertet und üblicherweise auch missverstanden, weil er ist keine Zusicherung, dass die Uhr am Arm auch tatsächlich so läuft.


2) Die mittlere Gangabweichung V
Wäre der zentrale Punkt , der den wichtigsten Punkt die Genauigkeit, die Nichtwiederholbarkeit spezifiziert (hiess früher und umgangssprachlich auch immer noch Reprodzierbarkeit). Nur: er basiert auf 5 Werten. Das ist zuwenig. Die Messunsicherheit des Wertes ist schlecht, sauschlecht. Was soll man mit einem Messwert anfangen, dessen Messunsicherheit in der selben Grössenordnung liegt wie die beobachte Schwankung? Auf jeden Fall nicht viel.


3) Die Differenz zwischen liegend und hängend D
Man hat drei Wertepaare für hängende Lagen M1+M2 , M3+M4 und M5+M6, eigentlich sogar 4, weil M14 und M15 sind auch hängend, benutz aber nur M1+M2. Liegend hat man zwei Paare M7+M8 und M9+M10, benutz aber nur M9+M10. Man trennt also den Fehler in den unterschiedlichen hängenden Lagen nicht von dem zwischen hängend und liegend. Kann sich als rein zufällig verstärken, nichts tun oder sogar abschwächen. Die Aussagekraft des Wertes wird so stark eingeschränkt.


4) Gangabweichung pro Grad Celsius C
Wäre ja im Prinzip in Ordnung, wenn es da nicht neben dem primären Temperaturfehler nicht noch den sekundären Temperaturfehler ES gäbe. Der berechnet sich, weil 23°C genau in der Mitte zwischen 8°C und 38°C liegt ganz einfach ES = M1 - ((M11+M13)/2). Anmerkung: M12 und M14 schmeisst man vermutlich deswegen auf den Müll, damit sich die Temperatur wieder in Ruhe ausgleichen kann. Aber zurück zum Thema. Alle notwendigen Werte um ES zu berechnen sind sowieso da, aber man wertet sie nur bei Taschenuhren aus, nicht bei Armbanduhren. Über die Gründe kann man nur spekulieren. Aber im Interesse des Kunden kann es nicht sein.


5) Die absoluten Toleranzwerte
Die Werte waren zur Gründung der C.O.S.C. eine Herausforderung. Namhafte Hersteller bekamen öfters die Hälfte ihrer Werke mit >DURCHGEFALLEN< zurück. Heutzutage, dank Roboter, CNC, Schmiermittel, und reduzierter Fertigungsvielfalt, sieht es anders aus. Ein >durchgefallen< ist die absolute Ausnahme, und vor allem: die ungeprüften Werke sind, solange man nicht die kauft, die beim Aufkehren in der Halle Freitag Abends eingesammelt werden auch nicht mehr schlechter. Keiner produziert mit Absicht schlechte Werke, solang sich dadurch nicht Geld einsparen lässt. Solange die Fertigungsstrasse automatisch läuft, würde jedes >anders einstellen< nur Geld kosten. Eigentlich könnte man die Toleranzen deutlich verschärfen. Dann würde das Zertifikat >Chronometer< wieder was bedeuten. Solange aber 99% der Kunden den Sachverhalt gar nicht kennen, der Uhrenanbieter ihnen problemlos das derzeitige Zertifikat als Qualitätsmerkmal anpreisen kann und die Kunden bereit sind, dafür ein zigfaches der Prüfkosten zu bezahlen, solang wird sich auch nichts ändern.

Das ist eine grundsätzliche Sache, darf aber nicht vergessen werden. Die Prüfung ändert das Objekt nicht. Alle Objekte, die bestanden haben, sind nicht besser als vorher. Nur die schlechten sind >weg<. Werden aber keine schlechten aussortiert, dann verliert eine Prüfung ihren eigentlichen Sinn.


6) Die Werte werden nicht automatisch mitgeliefert.
Warum? Erstens könnte der Kunde sehen, wann die Prüfung des Werkes war. Und das kann schon durchaus länger her sein. Zweitens könnte er raussuchen, eine andere wollen mit bessern Werten. Wer kauft schon gern was, was unter dem Durchschnitt liegt? Also muss man den Gangschein extra anfordern, halt nach dem Kauf.


7) Störgrössen
Der Einfluss von 2 Störgrössen wird betrachtet: Lage und Temperatur. Das sind in der Praxis aber nicht die einzigen Störgrössen, weitere wichtige Einflüsse werden nicht erfasst.

Erst mal wäre da die Gangänderung durch dynamische Bewegung. Überlagert sich eine drehende Bewegung des Werkes mit einer drehenden Bewegung der Unruhe, dann ändert sich dadurch Periodendauer und Amplitude. Bei mechanischen Chronometern ist - im Gegensatz zur Prüfung von Quarz-Chronometern - jedoch keine dynamische Gangprüfung vorgeschrieben. Das war nun sogar schon beim Longitude Act vorgeschrieben, in Form eines schaukelnden Schiffes auf dem Atlantik. Nicht wirklich reproduzierbar, aber praxisgerecht. Eine deutliche Verschlechterung zu damals.

Die DIN 8309 schreibt für alle Uhren eine Prüfung in einem Magnetfeld von 4800 A/m vor. Erstens ist das nicht viel, zweitens ist das Kriterium bestanden, wenn die Gangabweichung weniger als 30 s/d absolut beträgt. Für ein Chronometer gelten keine schärferen Werte. Selbst verglichen mit den Toleranzen der DIN 8319-1, die schon wie oben geschrieben eher lasch sind eine gigantische zulässige Abweichung.

Das Uhrwerk wird absolut konstant und exakt alle 24 h aufgezogen. Selbst bei Handaufzugswerken schafft das in dieser Regelmässigkeit kein normaler Benutzer, bei Automatikuhren ändern sich die Aufzugsverhältnisse in der Praxis sogar komplett. Eine Tags getragene und Nachts abgelegte Automatikuhr wird bei normalen Tragegewohnheiten nicht soweit ablaufen und sich einen deutlich längeren Anteil der Zeit im Zustand Vollaufzug verbleiben. Die Amplitude der Uhr ist jedoch eine Funktion der Federvorspannung. Bei einem idealen Schwinger wäre die Periodendauer unabhängig von der Amplitude. Eine Schweizer Ankerhemmung mit Unruhe und Spiralfeder ist jedoch kein idealer Schwinger (auch nicht Breguet-Spirale). Die Abweichung der Periodendauer bei Amplitudenschwankung nennt man Isochronismus. Auch dieser Fehler wird überhaupt nicht erfasst.

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Um dem geneigten Leser das Selber-Nachdenken zu erleichtern eine kleine Spielerei. Vorraussetzung ist allerdings ein funktionstüchtiges Microsoft EXCEL (2002 oder später) auf dem eigenen Rechner: Dann kann man sich die Datei
http://www.rawac.de/download/Selfmade_CIOSC_V002.xls (34kB)
runterladen. damit kann man dann die Werte M1 bis M15 (und den Durchmesser nicht vergessen!) selber eingeben und sehen, was passiert, Unten über und unter dem jeweiligen Ergebnis steht klein in orange der untere und der obere Grenzwert, wird er über- bzw. unterschritten, dann wird das Feld des betroffenen Grenzwertes rot.
Man liest sich!

Ralf

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