Beleuchtung in Uhren. Geschichte der Uhrenbeleuchtung von der Kerze bis zum Tritium
08.06.2023
Heute erfreuen Armbanduhren ihre Kunden nicht nur mit stilvollem Design, sondern auch mit multifunktionaler Vielfalt. Das war jedoch nicht immer so, und man konnte eine Uhr auch tagsüber als Accessoire tragen, aber was war mit der Verwendung in der Nacht? In diesem Artikel werden Sie in die Geschichte eintauchen und erfahren, wie die Hintergrundbeleuchtung in Uhren aufkam.
Woher kommt das Licht?
Das Problem der Zeitbestimmung im Dunkeln besteht schon lange, aber erst die Erfindung der mechanischen Turmuhren mit Schlagwerk brachte die Menschheit erstmals einer Lösung näher. Diese technische Errungenschaft konnte jedoch nur von den Bewohnern der recht wohlhabenden mittelalterlichen Städte genutzt werden. In Dörfern und Weilern wurde die Zeit tagsüber weiterhin mit Hilfe von Sonnenuhren und nachts mit Kerzen und Zeigern bestimmt.
Im 19. Jahrhundert wurden Hausuhren, vor allem Pendeluhren, zu einem beliebten Einrichtungsgegenstand. Besonders begehrt waren Uhren, die auf Wunsch Viertelstunden schlagen konnten. Durch das Piepsen der Schlagzahl war es möglich, die Zeit auch im Dunkeln abzulesen, ohne auf das Zifferblatt zu schauen. Im Laufe der Zeit wurden sie jedoch von den Taschenuhren verdrängt, die wiederum in den 1920er Jahren von den Armbanduhren abgelöst wurden. Diese Entwicklung der Uhr trug zur Entwicklung der Uhrenindustrie bei und regte die Kreativität vieler Handwerker an.
Licht ist eine Form von Energie. Es gibt zwei übliche Arten, Licht zu erzeugen: Erhitzung und Lumineszenz. Sterne und die Sonne beispielsweise strahlen Licht durch Reaktionen in ihren Kernen ab. Und in Glühbirnen wird die herkömmliche Wolframspule erhitzt, um zu leuchten, wenn ein elektrischer Strom angelegt wird.
Ein Kaltes Licht
Die Lumineszenz, das so genannte „kalte Licht“, tritt bei normaler Raumtemperatur auf. Sie beruht auf dem Phänomen der Elektronenanregung. Wenn ein Elektron angeregt wird, wechselt es von einem Orbital zu einem dem Kern näheres Energieniveau. Dieser Übergang, der so genannte „Sprung“, wird von der Freisetzung von Energie in Form von Licht begleitet. So haben verschiedene Lichtquellen ihre eigenen Eigenschaften und Anwendungen in verschiedenen Lebensbereichen, und dieses Wissen inspiriert weiterhin viele Erfinder und Schöpfer.
Es gibt mehrere Arten von Lumineszenz. Eine der bekanntesten ist die Chemolumineszenz, für die das Glühwürmchen das einfachste Beispiel ist. Seine Lumineszenz wird durch eine chemische Reaktion erzeugt. Derselbe Effekt kann im Labor mit geeigneten Substanzen erzielt werden. Das Hauptproblem ist jedoch, dass das Leuchten aufhört, sobald die Reaktion beendet ist. In lebenden Organismen werden die Chemikalien, die das Leuchten erzeugen, ständig neu synthetisiert und erneuert. Bei Zeigern und Zifferblättern ist das natürlich nicht möglich.
Photolumineszenz. Wissenschaftler haben sich mit einer anderen Variante der Lichtentstehung befasst – der Photolumineszenz. In diesem Fall wird die Lichtenergie durch eine härtere elektromagnetische Strahlung gewonnen. Das photolumineszierende Material absorbiert die Lichtenergie über einen längeren Zeitraum und gibt sie dann wieder ab, allerdings mit einer niedrigeren Frequenz als die der absorbierten Strahlung. Erstaunlicherweise war dieses Phänomen bereits im 10. Jahrhundert bekannt. Damals verwendeten japanische Künstler Lacke, denen sie in Austernschalen enthaltene photolumineszente Substanzen zusetzten.
Der erste synthetische Leuchtstoff – Bariumsulfid – tauchte im XVII. Jahrhundert in Italien auf. Es wurde „Bologneser Stein“ oder „Lichtschwamm“ genannt. Jahrhunderts begannen die Schweizer Uhrmacher, die Zifferblätter mit natürlichen Leuchtfarben zu versehen, die nach der Technik japanischer Künstler hergestellt wurden.
Radiolumineszenz ist das Ergebnis von Kernstrahlung. Einige chemische Verbindungen, die Gamma- und Röntgenstrahlen sowie Alpha- oder Betateilchen emittieren, werden verwendet, um in bestimmten Stoffen eine Radiolumineszente Schicht zu bilden, wie z. B. das seit 1920 bekannte Zinksulfid. Durch die Beschichtung eines Gemischs aus Zinksulfid und einer Strahlenquellensubstanz konnten Zifferblätter das Licht sehr lange aufrechterhalten. Häufig handelte es sich bei der Strahlungsquelle um eine kleine Menge Thorium oder Radium-226. Damals wusste man noch nicht, wie gefährlich dieser Stoff war. Und selbst nach dem Zweiten Weltkrieg, als die Menschen begannen, sich der Gefahren der Strahlung bewusst zu werden, verkauften die Geschäfte weiterhin Wecker mit Zifferblättern, die mit einer radiumhaltigen Substanz behandelt waren, wenn der Geigerzähler bei ihrer Annäherung die Norm überschritt.
Ein neuer Typ von Photolumineszenz
Die Bedenken der Kunden und die Anforderungen einiger Länder, für importierte Produkte ein Umweltzertifikat vorzulegen, haben die Uhrenhersteller gezwungen, ihre Einstellung zu den für die Hintergrundbeleuchtung verwendeten Materialien zu überdenken.
Japanische Unternehmen waren die ersten, die neue Materialien verwendeten – LumiNova und LumiBright. Vergleicht man LumiNova und die Tritiumverbindung, so stellt man fest, dass die LumiNova-Lumineszenz anfangs stärker ist, dann aber stark abnimmt und nach 3-6 Stunden unannehmbar niedrig wird.
Ein weiterer sehr großer Nachteil ist, dass die Oberfläche des Zifferblatts ständig dem Sonnenlicht oder dem Licht einer starken Lampe ausgesetzt sein muss. Wird die Armbanduhr durch einen Kleidungsärmel abgedeckt, wie es meist der Fall ist, erhält die Leuchtschicht nicht die notwendige Aufladung.
Bis heute hat die Schweizerische Arbeitsgemeinschaft zur Förderung der Uhrmacherei (ASRH) viel Geld in die Erforschung von Möglichkeiten zur Verbesserung der Photolumineszenz investiert.
Das Aufkommen von Tritium
Ein weiterer Stoff, der zur Beleuchtung von Zifferblättern verwendet wird, ist Tritium, ein radioaktives Isotop des Wasserstoffs. Seine Radioaktivität wird durch Betateilchen verursacht, die übrigens in Uhren vollständig vom Glas des Glaskolbens absorbiert werden, in dem sich das Gas befindet.
Entwickler dieser Technologie ist das Schweizer Unternehmen mb-microtec AG. Sie ist Inhaberin der patentierten Marke „Trigalight“, unter der Gas-Tritium-Glühbirnen für die Hintergrundbeleuchtung von Uhren hergestellt werden. Die von der mb-microtec AG hergestellte Beleuchtung wird in Traser (die eigene Uhrenmarke der mb-microtec AG), Luminox, Tawatec, Schweizer Militäruhren, Vostok Europa und mehr als zwanzig weiteren Uhrenmarken eingesetzt.
Das in der Uhr verwendete Tritium entspricht den internationalen Normen ISO 3157 und NIHS 97-10, die die Mindestmenge an Leuchtstoff festlegen, die erforderlich ist, um das Zifferblatt im Dunkeln zu sehen. Wenn die Leuchtmasse von guter Qualität ist, kann sie ihre Leuchtkraft mehr als 25 Jahre lang beibehalten. Neben der Qualität der Masse hängen die Intensität des Leuchtens auch von der Oberfläche der Beschichtung und der Schichtdicke ab.
Die Herstellergarantie für Tritium-Hintergrundbeleuchtungen beträgt 10 Jahre.