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Quarzuhren

Eine Quarzuhr ist eine elektromechanische oder vollelektronische Uhr, deren Taktgeber ein elektronischer Quarzoszillator ist, dessen Frequenz mit Hilfe eines Schwingquarzes gehalten wird. Quarzuhren ohne direkte Anzeige, welche üblicherweise in Computersystemen eingebaut sind, werden als Echtzeituhr bezeichnet.
Die Quarzuhr basiert auf der physikalischen Erkenntnis, dass eine Erhöhung der Frequenz des Taktgebers (bei mechanischen Uhren meist die Unruh) eine genauere Zeitmessung ermöglicht, was zum Beispiel zur Entwicklung sogenannter Schnellschwinger-Unruhen führte. Erste Versuche, einen Taktgeber mit einer Frequenz zu verwenden, die höher als bei einer Unruh war, waren die so genannten Stimmgabeluhren mit Frequenzen von einigen 100 Hz und Baugrößen um fünf Zentimeter.

Herzstück ist ein Uhrenquarz in Form einer Quarzstimmgabel für typischerweise 32.768 Hz, aus dem sich mittels Frequenzteilung durch 215 – dazu dienen in Summe 15 Flipflops – Sekundenimpulse herleiten lassen. Da Quarz sehr hart ist, liegt bei Anregung des Quarzes als Dickenschwinger die Resonanzfrequenz eines Kristallblocks von einigen Millimetern Größe, der problemlos in ein übliches Uhrgehäuse passen würde, viel zu hoch, nämlich im Megahertzbereich. Durch die Stimmgabelform ließ sich das Quarz leichter biegen, und die Baugröße würde kleiner, so dass ein Quarz trotz tiefer Resonanzfrequenz in ein Uhrgehäuse passte. Quarze in Stimmgabelform sind jedoch schwer herzustellen und teuer. Stabförmige Biegeschwinger sind noch kleiner und lassen sich zudem leichter und kostengünstiger herstellen. Daher verwenden Kleinquarze mit niedriger Frequenz meist stabförmige Biegeschwinger. Diese Frequenz ist ein Kompromiss, da die Stromaufnahme der Flipflops proportional mit der Frequenz steigt und die Batterie der Uhr einige Jahre Strom liefern soll.

Zu Beginn verwendete man spezielle Zählröhren für den Frequenzteiler, seit den 1950er-Jahren digitale Zählerschaltungen (Flipflops) in integrierten Schaltungen basierend auf Transistoren, um die Frequenz des Quarzoszillators auf einen Sekundentakt herunterzuteilen.

Diese Schwingungen treiben entweder einen Lavet-Schrittmotor, Synchronmotor oder elektrischen Unruhschwinger ein mechanisches Uhrwerk an oder geben den Takt für eine Elektronik vor. Die Anzeige kann über mechanische Zeiger, Flüssigkristallbildschirm (LCD) oder Leuchtdiode (LED) realisiert werden. (Quelle Wikipedia)