Schlagwerk (Uhr)


Schlagwerk (Uhr)

Ein Schlagwerk' ist ein zusätzliches Räderwerk in einem Uhrwerk, mit dem die Uhrzeit als Uhrschlag akustisch mitgeteilt wird. Nach der Auslösung läuft es selbstständig einmalig ab und verharrt dann wieder, bereit für die nächste Schlagauslösung. Bei Großuhren handelt es sich meist um einen selbstständigen Mechanismus mit eigenem Energiespeicher. Es können mehrere Schlagwerke in einem Uhrwerk vorhanden sein, die sich nacheinander auslösen und mit denen verschiedene Schlagmuster möglich sind. Die klangerzeugenden Einrichtungen, z. B. Tonstäbe und Glocken, werden nicht zum Schlagwerk gezählt. Werden von einem Räderwerk Figuren bewegt, die z. B. auf Glocken schlagen, spricht man von einem „Automaten“.

Eine zu schnelle Schlagfolge oder ungleiche Abstände zwischen den Schlägen werden vom Hörer als störend empfunden. Abhilfe schafft man durch den Einbau eines mitlaufenden Schwungrades oder eines sogenannten „Windfangs“, der das Ablaufen des Werkes auf eine gleichmäßige Geschwindigkeit abbremst.

Oft sind zum Schlagen der vollen und der viertel Stunden separate Schlagwerke vorhanden. Danach wird zwischen Stunden- und Viertelstundenschlagwerk unterschieden.[1] Seltener sind Halbstundenschlagwerke, die nur zur halben Stunde schlagen und dafür ein separates Schlagwerk haben.

Oft besitzen Uhren getrennte Energiespeicher für die verschiedenen Werke (zum Beispiel Gehwerk, Schlagwerk, Viertelstundenschlagwerk). So haben Uhren mit Schlag zur vollen und Signalschlag zur halben Stunde zwei Gewichte oder zwei Aufzugsfedern (1x Gehwerk, 1x Schlagwerk), während Uhren mit Schlag zur vollen, und Viertelstunde drei Gewichte oder drei Aufzugsfedern haben (1x Gehwerk, 1x Stundenschlagwerk, 1x Viertelstundenschlagwerk). Für Taschenuhren und Reiseuhren hingegen werden bevorzugt alle Arten des Schlages mit einem einzigen Schlagwerk realisiert und nur unterschiedliche Hämmer aktiviert. Bei Repetitionsschlagwerken gibt es auch Ausführungen, bei denen die Energie für den Schlag zugeführt wird, wenn dieser über ein Herausziehen einer Schnur angefordert wird oder Schlagwerke, die jede einzelne Minute schlagen (Minutenrepetition).

Die folgende Beschreibung beschränkt sich auf Uhren mit nur einem Schlagwerk und behandelt die grundsätzlichen Funktionen und ihre technischen Lösungen.

Inhaltsverzeichnis

Bauarten

Bei den Schlagwerken haben sich grundsätzlich zwei Bauarten durchgesetzt

  • das Schlossscheibenschlagwerk und
  • das Rechenschlagwerk

Das Rechenschlagwerk kann zusätzlich mit eine Repetition ausgeführt sein, was bei einem Schlossscheibenschlagwerk bauartbedingt nicht möglich ist.

Schwarzwalduhrwerk mit Schlossscheibe

Schlossscheibenschlagwerk

Hauptartikel: Schlossscheibenschlagwerk

Das Schlossscheibenschlagwerk ist die ältere Bauart. Zur Steuerung der richtigen Schlaganzahl verwendet man die sogenannte Schlossscheibe (auch: Schlussscheibe oder Zählrad), die am Rand verschiedene Einkerbungen aufweist. Während das Schlagwerk abläuft und die Uhr schlägt, dreht sich die Schlossscheibe langsam um ihre Achse. Der Sperrhebel (auch: Haltehebel oder Einfallhebel) gleitet an ihrem Rand entlang, bis er auf eine Einkerbung trifft und einrastet. Damit endet der Schlag der Uhr. Die Anzahl der Uhrschläge wird dabei durch den Abstand zwischen den Einkerbungen gesteuert.

Rechen-Schlagwerk

Rechenschlagwerk

Hauptartikel: Rechenschlagwerk

Die Besonderheit des Rechenschlagwerks liegt darin, dass es im Gegensatz zu dem früheren Schlossscheibenschlagwerk auch bei Wiederholung der Auslösung (vor dem nächsten Auslösen durch das Gehwerk) stets die gleiche Anzahl Schläge ausführt. Diese Eigenschaft erlaubt die willkürliche Wiederholung (Repetition) des Schlages.

Repetitionsschlagwerk

Hauptartikel: Repetitionsschlagwerk

Von einem Repetitionsschlagwerk spricht man, wenn der der aktuellen Uhrzeit entsprechende Schlag automatisch oder auf Anforderung wiederholt wird. Die einfachste Form des Repetitionsschlagwerkes ist ein Rechenschlagwerk, bei dem der Auslösehebel nicht nur vom Hebedaumen des Stundenrohres, sondern auch über Betätigung des Auslösehebels direkt mit der Hand oder über eine Schnur ausgelöst werden kann. Aufwändigere Ausführungen schlagen zusätzlich die vergangenen Minuten an (sogenannte Minutenrepetition).

Historisch betrachtet stammt das Repetitionsschlagwerk aus einer Zeit vor dem elektrischen Licht. Zum nächtlichen Ablesen der Uhrzeit musste damals eine Kerze angezündet werden. Daraus entstand der Wunsch, die aktuelle Uhrzeit auf Anforderung hörbar mitgeteilt zu bekommen.

Mit dem Wunsch, zu jeder Zeit die aktuelle Zeit schlagen zu können, stiegen die Anforderungen an die Genauigkeit der Staffel, da ja nicht schon zum Beispiel 5 Minuten vor 5 Uhr fünf Uhr geschlagen werden sollte. Aus dieser Anforderung heraus wurde der Stern in das Schlagwerk integriert. Bei einer Staffel mit 12 Abstufungen für die 12 Stunden wurde auf demselben Rohr der Staffel dieser Stern angebracht. Je nach Konstruktion wird entweder der Stern zur vollen Stunde durch einen Mitnehmer um einen Zacken weiterbewegt und dann wieder von einer Feder in dieser Position bis zur nächsten vollen Stunde festgehalten oder eine durch die Auslösung des Schlages an die Zacken des Sterns aufgedrückte Feder verursacht die Positionierung von Stern und Staffel.

Es entstand dabei auch der Wunsch, nicht nur die vollen Stunden, sondern auch die Viertelstunden im Repetitionsschlag darzustellen. Dafür sind dann eine eigene Staffel und ein eigener Rechen für die Viertelstunden erforderlich. Bei einem Repetitionsschlag von Viertelstunde und Stunde ergeben sich zusätzliche Anforderungen an das Werk:

  • Ein zusätzlicher Mechanismus muss verhindern, dass 2 Minuten von 3 Uhr zwar korrekt das dritte Viertel, aber falsch schon vorzeitig 3 Stunden geschlagen werden.
  • Oft besteht auch die Forderung, bei der Repetition immer Viertelstundenschlag und Stundenschlag erklingen zu lassen (Schema der grande sonnerie), während bei regulärer Auslösung oft zu den Viertelstunden kein zusätzlicher Stundenschlag ertönen soll (Schema der petite sonnerie). Auch dies wird über zusätzliche Hebel realisiert.

Bei Taschenuhren gibt es auch eine Minutenrepetition. Ergänzend zum Schlag der vollen Stunden und Viertelstunden erklingt dann noch der Schlag der Minuten. Für 6:53 würde zum Beispiel sechs Schläge für die vollen Stunden, drei Schläge für die Viertelstunden und acht (53-45) Schläge für die Minuten nach der letzten vollen Stunde ertönen. Diese Uhren verfügen dann über Stundenstaffel, Viertelstundenstaffel und Minutenstaffel. Bei Taschenuhren mit Minutenrepetition ist der Schlag oft mit nur zwei Tonfedern realisiert:

  • Stundenschlag auf Feder #1
  • Viertelstundenschlag auf Federn #1 und #2 gleichzeitig
  • Minutenschlag auf Feder #2

Uhren, die neben der Repetition auch einen regulären Schlag ausführen, werden Selbstschläger genannt. Uhren, die ausschließlich auf Anforderung schlagen, können mit einem deutlich vereinfachten Schlagwerk ausgestattet werden. Eine typische Ausführung ist, dass über das Herausziehen einer Schnur das Schlagwerk erst aufgezogen wird. Je nach Position der Stundenstaffel muss die Schnur unterschiedlich weit herausgezogen werden, bis der Schlag freigegeben wird. Umfangreiche Erklärungen dazu finden sich in [2]

Steuerung des ersten Schlages

Der auf einen Klangkörper schlagende Hammer wird vom Hebnägelrad, einem Rad mit eingesetzten Stiften, bewegt. Dem Hebnägelrad folgen im Räderwerk noch weitere Übersetzungsstufen. Am Ende befindet sich der sogenannte Windfang, ein dünnes Blech, welches bei hoher Drehzahl als aerodynamische Bremse die Geschwindigkeit des ablaufenden Schlagwerkes dämpft. Die beiden Zwischenräder werden zusätzlich zum Auslösen des Schlagwerkes benutzt. Es gibt 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 und seinem Rückfall in die Ruhelage erfolgt ein kurzes Anlaufen (die Warnung) des Schlagwerkes. Das erste Anlaufrad wird bald nach Hebebeginn 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 blockiert. 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.

Heben des Hammers mittels Hebnägelrad
Räderwerk
Anlauf, ausgelöst vom Minutenrad

Klangerzeugung

Das akustische Signal wird zum Beispiel mittels Rundgong, Stabgong, Röhrengong, Glocke, Pfeifen (zum Beispiel bei der Kuckucksuhr), Tonfeder oder Spieldosenwerk erzeugt.

Hammer

Der Ton wird mit Ausnahme der Pfeifen über den Anschlag eines Hammers erzeugt. Der Vorgang des Hammerschlages ist bestimmt durch ein Anheben des Hammers, ein Herabfallen des Hammers und eine Begrenzung der Bewegung der Hammerwelle kurz vor dem Auftreffen des Hammers auf dem Tonstab des Gongs oder auf der Glocke. Wegen der fein abgestimmten Dynamik der Bewegung und der Elastizität der Drähte, die den Hammer halten, setzt das Massestück des Hammers die Bewegung noch ein wenig fort, obwohl die Welle bereits in ihrer Bewegung gestoppt wurde. Dies ergibt ein sanftes Auftreffen des Hammers auf dem Tonstab des Gongs oder auf der Glocke. Für Gongs ist üblicherweise am Hammerkopf weiches Leder oder weiches Kunststoffmaterial angebracht, um den Anschlag des Hammers auf dem Tonstab des Gongs noch sanfter zu gestalten.

Klangerzeuger

  • Rundgong: Wesentlich für den Rundgong ist, dass der angeschlagene Tonstab in runder Form gebogen ist und in einem Massestück gelagert ist, welches über einen weiteren Stab in einem zweiten Massestück gelagert ist. Das zweite Massestück wird am Uhrengehäuse verschraubt. Durch die rund gebogene Ausführung des Tonstabes ist es möglich sehr lange Tonstäbe auch in kleinen Uhrengehäusen unterzubringen. Dies wird oft dazu genutzt einen besonders tiefen und vollen Klang zu erreichen. Rundgongs erlauben eine sehr flache Bauweise des Uhrengehäuses. Es gibt nur wenige Fälle, in denen mehr als ein Rundgong in einer Uhr eingebaut ist, da die Anordnung mehrerer Rundgongs aufwändig ist. – Beispielvideo
  • Stabgong besteht aus typischerweise 2, 3, 4 oder 8 geraden Stäben, die in einem Massestück gelagert sind, welches typischerweise direkt am Uhrengehäuse befestigt ist. Stabgongs können bei der Herstellung unterschiedlich gestimmt werden und so dass der Stabgong sehr universell für unterschiedlichste Schläge Verwendung findet. – Beispielvideo
  • Röhrengong wird über Röhren realisiert, die typischerweise mit Schnüren oder Fäden aufgehängt sind.
  • Glocken werden entweder einzeln montiert oder ggf. mehrere davon mit Distanzstück übereinander. – Beispielvideo
  • Kuckucksruf: Für den bekannten Kuckucksruf werden zwei Pfeifen benötigt, die jeweils über einen eigenen Balg für die Erzeugung des Luftstromes verfügen. Der Balg wird typischerweise waagrecht oberhalb der Pfeife angebracht, die Pfeife senkrecht hinter dem Uhrwerk. Der Balg wird über einen Hebel langsam gehoben und nach der Auslösung des einzelnen Pfiffes über ein in den oberen und beweglichen Teil des Balges eingelegtes Massenstück schnell nach unten abgesenkt. Der entstehende Luftstrom erzeugt in der Pfeife den Ton. – Beispielvideo
  • Pfeifen der Musikuhr verfügen über einen gemeinsamen größeren Balg (im Beispielfoto in weißer Farbe) und das Werk steuert den Luftstrom zu den einzelnen Pfeifen.
  • Tonfeder ist im Gegensatz zum Rundgong aus Draht (oft zwischen 1 mm und 2 mm) gebogen und mit einem Halter aus Blech am Uhrengehäuse befestigt. Die Tonfeder wird oft mit einem Hammer aus gebogenem Blech geschlagen. Dadurch ergibt sich ein blecherner Ton im Vergleich zum Rundgong. – Beispielvideo
  • Spieldosenwerk: Von einem Mechanismus ähnlich einem Schlagwerk kann auch ein Spieldosenwerk angetrieben werden.

Klanganpassung

Der Klang der mit Hämmern angeschlagenen Klangkörper lässt sich anpassen indem:

  • der Draht, der den Hammer bewegt, geringfügig gebogen wird, so dass der Hammer kräftiger oder sanfter auf den Stab trifft
  • der Ledereinsatz des Hammers (typ. bei Stabgong und Rundgong) mit einer groben Feile aufgeraut wird, um einen weicheren Schlag zu erreichen oder
  • der Ledereinsatz des Hammers (typ. bei Stabgong und Rundgong) mit einem erhitzten Metall härter gemacht wird um einen harten Schlag zu erreichen oder
  • ein sehr weiches kleines Wildlederstück auf die Aufschlagstelle des Hammers aufgeklebt wird.

[3]

Schläge, Klänge und Melodien

Zur akustischen Zeitanzeige verwendet man verschiedene Schläge, bzw. Schlagfolgen.

Der Schlag erfolgt im einfachsten Fall, indem nach Auslösung durch das Gehwerk das Schlagwerk selbsttätig abläuft und mit einem Schlaghammer ein Klangkörper angeschlagen wird. Bei diesem Einfachen Schlag oder Signalschlag ertönt ein einzelner Schlag zur vollen Stunde auf eine Glocke oder eine Tonfeder. Welche Stunde es schlägt, ist nicht zu erkennen.

Für einen Schlag mit Stundenzählung, die üblichste Bauart, ist die Verwendung eines Schlossscheiben- oder Rechenschlagwerkes erforderlich. Durch die Anzahl und gegebenenfalls den Klang der Schläge wird die jeweilige volle und halbe Stunde, zuweilen auch die Viertelstunde angezeigt. Um Verwechslungen mit dem Schlagen der vollen Stunden zwischen 1 Uhr bis 3 Uhr zu vermeiden, werden die Viertelstunden auf einem zweiten Klangkörper angeschlagen.

Der Bim-Bam-Schlag ist häufig bei Tisch- und Pendeluhren zu finden. Drei bis fünf Hämmer schlagen auf genauso viele Tonstäbe, zur halben Stunde erklingt ein einzelner Doppelschlag (Bim-Bam), zur vollen Stunde so viele wie die Stundenzahl beträgt. Große Standuhrwerke mit diesem Schlag bringen nicht selten bis zu acht Gongstäbe zum Klingen.

Klangbeispiele (Video): (1), (2)

Der Dreiviertelschlag zählt die ersten drei Viertelstunden durch Schläge mit fallenden Tonhöhen, er wird daher auch umgangssprachlich „Bim-Bam-Bum-Schlag“ genannt. Zur vollen Stunde werden nur die Stunden geschlagen.

Die Westminster-Melodie besteht aus vier Teilen zu je vier Noten. Die Viertelstunden werden durch Abspielen der entsprechenden Anzahl von Melodieteilen gezählt, sodass zur vollen Stunde die gesamte Melodie ertönt und danach dann die Stunde mit Einzelschlägen angezeigt wird. Der Westminster-Schlag ist ist als „Big-Ben-Schlag“ bekannt und bei Heimuhren beliebt, wird jedoch zuweilen wegen des häufigen Schlagens als störend empfunden.

Klangbeispiele (Video):(1), (2), (3), (4)

Der Wiener Schlag ist bei Kirchenuhren sehr beliebt, findet aber auch in besseren Heimuhren Verwendung. Zur Viertelstunde ertönt ein einzelner Schlag, zur halben zwei, zur Dreiviertelstunde drei, zur vollen vier Schläge. In in der Regel tieferer Tonlage folgt die Zählung der Stunden.

Klangbeispiel (Video) siehe Weblink: Der „Wiener Schlag“ als Videobeispiel auf Youtube

Bei der sogenannten Grande Sonnerie wird vor jedem Viertelstundenschlag die jeweilige Stunde geschlagen, im Gegensatz zur Petit Sonnerie, bei der der Stundenschlag nur zur vollen Stunde erfolgt.[4]

Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl weiterer Schlagfolgen, die jedoch weniger verbreitet sind oder nur regional Bedeutung erlangt haben:

  • „Parsifal-Glocken“-Schlag (Viertelstunde und Stundenschlag)
  • „Ave-Maria“-Schlag (Viertelstundenschlag nur zur 1. bis 3. Viertelstunde. Zur vollen Stunde kein Viertelstundenschlag)
  • „St. Michaels“-Schlag (Viertelstunde und Stundenschlag)
  • „Whittington“-Schlag (englische oder amerikanische Fassung) (Viertelstunde und Stundenschlag)
  • „Trinity“-Schlag (Original des Glockenspiels oder Schlagwerksausführung) (Viertelstunde und Stundenschlag)
  • „Canterbury“-Schlag (Viertelstunde und Stundenschlag)
  • „Notre Dame“-Schlag (Viertelstunde und Stundenschlag)
  • „Elite-Carillon“-Schlag (Viertelstunde und Stundenschlag)
  • „Kopenhagener Rathaus-Glockenspiel“-Schlag (Viertelstunde und Stundenschlag. Wächtergesang um 6:00 und 12:00)
  • „Potsdamer Gong“(nur volle Stunde)
  • „Tessiner Gong“(halbe und volle Stunde)

[3]

Bei manchen Uhren kann zwischen mehreren Melodien umgeschaltet werden.

Die Elektronik hat auch bei Schlagwerken für Heimuhren längst Einzug gehalten. Dazu sind auf einem Chip Melodien und Stundenschläge in digitalisierter Form gespeichert, die zu gegebener Zeit über einen kleinen Lautsprecher abgespielt werden. Auch elektronische Armbanduhren geben oft ein akustisches Zeitsignal zur vollen Stunde.

Schlagabschaltung

Das Schlagen einer Uhr kann, insbesondere des Nachts, als stören empfunden werden, sodass einige Uhren über eine Schlagabschaltung verfügen. Damit kann das Schlagwerk ganz, teilweise oder nur zu bestimmten Tageszeiten still gesetzt werden. Entweder verhindert ein meist manuell bedienter Metallschieber das Anlaufen des Schlagwerks oder die Schlaghämmer werden mechanisch von den Tonstäben ferngehalten.

Videobeispiele

Quellen

  1. Hermann Brinkmann: Einführung in die Uhrmacherlehre. Wilhelm Knapp Verlag, 1980
  2. Emile James: Die Lehre von den Schlagwerken. Verlag Callwey, München 1903; Reprint der Originalausgabe: Verlag Georg D. W. Callwey, München 1988
  3. a b Gustav-Adolf Krumm: Großuhr-Schlagwerke - Bau, Wirkweise, Zusammensetzen und Einrichten von Gongschlagwerken. Verlag der Deutschen Uhrmachter-Zeitung, 1935, Reprint der Originalausgabe: Verlag Georg D. W. Callwey, München 1988
  4. Fritz von Osterhausen: Callweys Uhrenlexikon. Callwey, München 1999, ISBN 3-7667-1353-1.

Weblinks

 Commons: Schlagwerk – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

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