Digitaluhren – Uhren mit digitalem Zifferblatt

Digitaluhren

Die meisten Menschen haben eine klare Vorstellung wie eine Digitaluhr aussieht. Es handelt sich um eine elektronische Uhr, auf der die Uhrzeit in Form von Ziffern angegeben wird. Herren und Damen Digitaluhren sind im Vergleich zu analogen Uhren sehr einfach und schnell ablesbar. Zu den beliebtesten Digitaluhren gehören aktuell vor allem Fitness Tracker und Smart Watches, wie etwa die Apple Watch. Diese Uhren haben zwar nur eine begrenzte Akkulaufzeit, dafür bieten sie zahlreiche sinnvolle Funktionen.

Ihnen wird allgemein ein hippes und sportliches Design zugesprochen. Es gibt sie in den verschiedensten Varianten so auch als Fliegerdigitaluhr, Pulsuhr oder auch als Taucheruhr. Häufig sind diese Uhren mit Sonderfunktionen wie einer Stoppuhr, einem Wecker oder anderen Funktionen ausgestattet. Vor allem Smart Watches lassen sich gut mit einem Smartphone kombinieren.

Unterschied zwischen Digitaluhren und analogen Uhren

Fälschlicherweise wird angenommen, dass die Digitaluhr und die Digitaltechnik per Definition ein Teilbereich der Computertechnik seien. Doch die Unterscheidung zwischen digital und analog beschreibt zunächst nur die Anzahl der Zustände, die ein System annehmen kann. Alle digitalen Geräte haben eine endliche Zahl an möglichen Zuständen, dagegen können analoge Systeme unendlich viele Zustände einnehmen. Die Begriffe digital und Computer gehören dementsprechend zusammen, denn ein Computer kennt intern nur zwei Zustände: 1 und 0. Das sind die sogenannten Binärzahlen.

Aus mehreren Binärzahlen ergibt sich ein Binärcode. Mit diesem kann der Computer Rechenoperationen durchführen und bestimmte Ergebnisse ausgeben. So steht die Zahlenkombination 0110 für die Zahl 6. Der Binärcode wird von rechts nach links gelesen. Dabei wird je nach Zustand (1 oder 0) mal 2 hoch der Position der Zahl gerechnet, beginnend bei 2 hoch 0. Die Zwischenergebnisse werden addiert. So ergibt sich aus dem oberen Beispiel der Wert: 0+4+2+0=6.

Doch nicht nur die Computertechnik ist digital. So werden bei der Erfassung des Verkehrsaufkommens mechanische Zählwerke verwendet. Sie springen bei jeder Benutzung auf die nächste Zahl. Dadurch haben auch Zählwerke eine fest definierte Anzahl an möglichen Zuständen so wie Digitaluhren. Analoge Uhren haben dagegen ein Zifferblatt, über das sich die Uhrzeiger bewegen. Da die Zeiger jede Position auf dem Zifferblatt einnehmen können, sei es auch nur für einen Sekundenbruchteil, hat eine Analoguhr unendlich viele Zustände.

Die ersten Digitaluhren ohne Elektrik

Bereits im späten Mittelalter wurden Digitaluhren gebaut. Die Zeitanzeige dieser Uhren erfolgte über Ziffern oder Symbole. Eine der ältesten und bekanntesten Digitaluhren ist die astronomische Uhr auf dem Markusplatz in Venedig. 1599 wurde sie im Torre dell’Orologio eingebaut. Bei der astronomischen Uhr bewegt sich das gesamte Zifferblatt, auf dem unter anderem die Tierkreiszeichen angezeichnet sind. Auch wenn das Zifferblatt rotiert, wird somit immer nur ein Tierzeichen als gültig angezeigt.

Ein weiteres Beispiel ist die 1841 installierte 5-Minutenuhr in der Dresdner Semperoper. Bei dieser Uhr wurden die Ziffern sowohl der Stunden als auch der Minuten auf eine Walze gedruckt. Damit kann sie durchaus als direkter Vorgänger der modernen Digitaluhren gelten. Ihren Namen erhielt sie, weil sie die Minuten nur in 5 Minutenschritten wiedergibt. Angetrieben wurde sie durch ein analoges Kirchenuhrwerk, welches von 100 Kilogramm Gewichten angetrieben wurde.

Digitaluhren werden Armbanduhren

Von diesen mechanischen Digitaluhren war es jedoch noch ein langer Weg bis zur modernen Digitaluhr. Am Anfang stand zunächst die Einführung der Quarzuhr im Jahr 1969. Fünf Jahre später wurde die erste Herren Armband-Digitaluhr gebaut. 1971 wurde sie vom Uhrenhersteller Hamilton als Pulsar P1 der Weltöffentlichkeit präsentiert. Sie hatte ein LED-Display, wie es heute überwiegend bei günstigen Digitalweckern verwendet wird.

Die Technologie war jedoch noch nicht ausgereift. LED Lampen verbrauchten sehr viel Energie. Damit die Batterien länger hielten, zeigte die Uhr die Uhrzeit nur für 1,25 Sekunden an. Doch selbst mit diese Energiesparmaßnahme mussten die Batterien dieser Digitaluhren bei intensiven gebrauch aller zwei Tage gewechselt werden. Weiterhin war die Technik sehr fehleranfällig, sodass die meisten Digitaluhren des P1 Modells nach wenigen Monaten zur Reparatur mussten. Deswegen gibt es heute kein funktionierendes Original der P1.

Trotz dieser Mängel verlangte Hamilton den stolzen Preis von 3.950 US-Dollar. Das Nachfolgemodell die Pulsar P2 löste die Problem des hohen Energieverbrauchs und der häufigen technischen Defekten großenteils. Sie gewann schnell an Bekanntheit, weil Roger Moore sie in seinen James Bond Filmen trug. Doch auch die heute überwiegend genutzte LCD Technik wurde im Jahr 1972 erstmals durch die Firma Brown, Boveri & Cie, kurz BBC, hergestellt.

Andere bekannte Firmen wie Casio stellte im selben Jahr ebenfalls ihre ersten Digitaluhren vor. Jedoch war die Herstellung von LCD Digitaluhren wesentlich komplizierter, weswegen sich LED Technik zunächst durchsetzte und schon 1977 weniger als 10 US-Dollar pro Uhr kostete. Parallel wurde die Produktion der LCD Digitaluhren immer kostengünstiger und neue Bauteile vereinfachten die Konstruktion. Da sie auch ohne aktive Beleuchtung ablesbar waren, ersetzten LCD Digitaluhren bereits Anfang der 1980er Jahre die LED Digitaluhren. Die meisten Uhrenhersteller wie Calypso haben zu diesen Zeitpunkt bereits Digitaluhren im Angebot.

Funktionsweise moderner Quarz-Digitaluhren

Die interne Funktionsweise von Digitaluhren ähnelt dem der Quarzuhren. Der Quarzoszillator dient als Taktgeber, denn in seinen Inneren befindet sich ein sogenannter Schwingquarz. Wenn an den Quarz elektrischer Strom angelegt wird, verändert er seine Form und erzeugt wiederum eine elektronische Spannung. Der Quarz beginnt regelmäßig zu schwingen. In einer Steuereinheit wird diese Frequenz in die Frequenz der Sekunden und Minuten geteilt. Diese Daten werden daraufhin von der Zählereinheit erfasst. In Funkuhren wird die Zählereinheit gezielt angesteuert, um die richtige Uhrzeit einzustellen.

Mit diesen Daten werden die Flüssigkeitskristalle im LCD Display polarisiert. Diese können bei einem schwarz-weiß Display nur lichtdurchlässig oder lichtundurchlässig sein. Aufgrund dieser Eigenschaft können Digitaluhren mit LCD Display auch ohne Beleuchtung abgelesen werden. Dagegen besitzen LED Digitaluhren ein sogenanntes 7 Segment. Die Ansteuerung der Zahlen ist wesentlich einfacher, da die Beleuchtung eines Segmentes nur an oder abgeschaltet werden muss. Dafür verbrauchen diese Digitaluhren mehr Strom und mit einer deaktivierten Beleuchtung kann die Zeit nicht gelesen werden.

Die Automatik-Digitaluhr

Mittlerweile versuchen kreative Uhrenhersteller eine Kombination aus den Vorzügen der Automatikuhr und der Quarzuhr. Daraus sind die sogenannten Quarz-Automatikuhren hervorgegangen. Sie besitzen, wie eine Automatik, einen Rotor, welcher die Bewegung des Handgelenks in Energie umwandelt. Das dabei einstehende Drehmoment treibt einen Mikrogenerator an, der elektrischen Strom erzeugt. Der Strom wird daraufhin in Akkumulatoren bzw. Kondensatoren zwischengespeichert und gleichmäßig an die Uhr abgegeben. Somit erfolgt die Energieerzeugung wie in einer Automatikuhr und auf Batterien kann verzichtet werden.

Der Taktgeber wiederum basiert auf der Quarztechnologie, wodurch die hohe Ganggenauigkeit einer Quarzuhr erreicht wird. Die ersten Modelle hatten noch ein analoges Zifferblatt. Doch im Jahr 2000 wurde die erste Automatik-Digitaluhr vorgestellt – die Sparc von Ventura. Die dahinterstehende Technik wurde mittlerweile soweit optimiert, dass weitere Sonderfunktionen unterstützt werden und denen einer modernen Herren Digitaluhr entsprechen. Falls diesen Automatik-Digitaluhren doch einmal keine Energie haben sollte, kann der Generator auch manuell über die Krone betrieben werden. Noch gehören diese Digitaluhren in das gehobene Preissegment.