Pendeluhr - Pendulum clock

Pendeluhr, entworfen von Galileo Galilei um 1637. Die früheste bekannte Pendeluhr wurde nie fertiggestellt.
Pendel-Wanduhr im Wiener Regulator-Stil

Eine Pendeluhr ist eine Uhr , die ein Pendel , ein schwingendes Gewicht, als Zeitmesselement verwendet. Der Vorteil eines Pendels für die Zeitmessung besteht darin, dass es ein harmonischer Oszillator ist : Es schwingt in einem von seiner Länge abhängigen präzisen Zeitintervall hin und her und widersteht anderen Schwingungen . Von ihrer Erfindung im Jahr 1656 durch Christiaan Huygens , inspiriert von Galileo Galilei , bis in die 1930er Jahre war die Pendeluhr der genaueste Zeitmesser der Welt, was für ihre weit verbreitete Verwendung verantwortlich ist. Während des 18. und 19. Jahrhunderts dienten Pendeluhren in Wohnungen, Fabriken, Büros und Bahnhöfen als primäre Zeitstandards für die Planung des täglichen Lebens, der Arbeitsschichten und des öffentlichen Verkehrs. Ihre größere Genauigkeit ermöglichte das schnellere Lebenstempo, das für die industrielle Revolution notwendig war . Die Heimpendeluhr wurde in den 1930er und 40er Jahren durch kostengünstigere, synchrone, elektrische Uhren ersetzt . Pendeluhren werden heute hauptsächlich wegen ihres dekorativen und antiken Wertes aufbewahrt.

Pendeluhren müssen stationär sein, um zu funktionieren. Jede Bewegung oder Beschleunigung beeinflusst die Bewegung des Pendels und verursacht Ungenauigkeiten, wodurch andere Mechanismen zur Verwendung in tragbaren Zeitmessern erforderlich sind.

Geschichte

Die erste Pendeluhr, erfunden von Christiaan Huygens im Jahr 1656

Die erste Pendeluhr wurde 1656 vom niederländischen Wissenschaftler und Erfinder Christiaan Huygens erfunden und im folgenden Jahr patentiert. Huygens beauftragte den Uhrmacher Salomon Coster mit der Konstruktion seiner Uhrenentwürfe , der die Uhr tatsächlich baute. Huygens wurde durch Untersuchungen von Pendeln inspiriert Galileo Galilei beginnt um 1602. Galileo entdeckte die Schlüsseleigenschaft , die Pendeln nützliche Zeitnehmer macht: Isochronismus , was bedeutet , dass die Zeit des Swing eines Pendels für unterschiedlich große Schaukeln in etwa gleich ist. Galilei hatte 1637 die Idee zu einer Pendeluhr, die 1649 teilweise von seinem Sohn gebaut wurde, aber keiner von ihnen lebte, um sie fertigzustellen. Die Einführung des Pendels, des ersten harmonischen Oszillators, der in der Zeitmessung verwendet wird, erhöhte die Genauigkeit von Uhren enorm, von etwa 15 Minuten pro Tag auf 15 Sekunden pro Tag, was zu ihrer raschen Verbreitung führte, da bestehende " Spindel- und Blattuhren " mit Pendeln nachgerüstet wurden.

Eine Laternenuhr , die auf ein Pendel umgebaut wurde. Um die durch die Spindelhemmung verursachten weiten Pendelschwingungen aufzunehmen , wurden an den Seiten "Flügel" hinzugefügt
Standuhr
Einige der genauesten Pendeluhren: (links) Riefler-Regulatoruhr , die von 1909 bis 1929 als US-Zeitnormal diente, (rechts) Shortt-Synchronome-Uhr , die genaueste Pendeluhr, die jemals hergestellt wurde, die während der Zeit als Zeitnormal diente die 1930er Jahre.

Diese frühen Uhren hatten aufgrund ihrer Spindelhemmung weite Pendelausschläge von 80-100°. In seiner 1673 erschienenen Analyse von Pendeln, Horologium Oscillatorium , zeigte Huygens, dass große Schwingungen das Pendel ungenau machten, was dazu führte, dass seine Periode und damit der Takt der Uhr mit unvermeidlichen Schwankungen der vom Uhrwerk bereitgestellten Antriebskraft variierten . Die Erkenntnis der Uhrmacher, dass nur Pendel mit kleinen Schwingungen von wenigen Grad isochron sind, motivierte um 1658 die Erfindung der Ankerhemmung durch Robert Hooke , die die Schwingung des Pendels auf 4–6° reduzierte. Der Anker wurde zur Standardhemmung in Pendeluhren. Neben der erhöhten Genauigkeit ermöglichte die schmale Pendelschwingung des Ankers, dass das Gehäuse der Uhr längere, langsamere Pendel aufnehmen konnte, was weniger Kraft benötigte und das Werk weniger verschleißte. Das Sekundenpendel (auch Königliches Pendel genannt), 0,994 m (39,1 Zoll) lang, bei dem die Zeitspanne zwei Sekunden beträgt, wurde in Qualitätsuhren weit verbreitet. Die langen, schmalen Uhren, die um diese Pendel gebaut wurden und erstmals um 1680 von William Clement hergestellt wurden, wurden als Standuhren bekannt . Die aus diesen Entwicklungen resultierende erhöhte Genauigkeit führte dazu, dass ab etwa 1690 der bis dahin seltene Minutenzeiger auf den Zifferblättern hinzugefügt wurde.

Die uhrmacherische Innovation im 18. und 19. Jahrhundert , die der Erfindung des Pendels folgte, brachte viele Verbesserungen bei den Pendeluhren. Die 1675 von Richard Towneley erfundene und um 1715 von George Graham in seinen Präzisions-„Regulator“-Uhren populär gemachte Deadbeat-Hemmung ersetzte nach und nach die Ankerhemmung und wird heute in den meisten modernen Pendeluhren verwendet. Die Beobachtung, dass sich Pendeluhren im Sommer verlangsamen, brachte die Erkenntnis, dass die thermische Ausdehnung und Kontraktion des Pendelstabes bei Temperaturänderungen eine Fehlerquelle war. Dies wurde durch die Erfindung temperaturkompensierter Pendel gelöst; das Quecksilberpendel von Graham 1721 und das Gitterpendel von John Harrison 1726. Mit diesen Verbesserungen erreichten Präzisionspendeluhren Mitte des 18. Jahrhunderts Genauigkeiten von wenigen Sekunden pro Woche.

Bis ins 19. Jahrhundert wurden Uhren von einzelnen Handwerkern handgefertigt und waren sehr teuer. Die reiche Verzierung der Pendeluhren dieser Zeit weist auf ihren Wert als Statussymbol der Reichen hin. Die Uhrmacher jedes Landes und jeder Region in Europa entwickelten ihre eigenen unverwechselbaren Stile. Im 19. Jahrhundert wurden Pendeluhren durch die werkseigene Produktion von Uhrenteilen nach und nach für bürgerliche Familien erschwinglich.

Während der Industriellen Revolution wurde der Alltag rund um die Hauspendeluhr organisiert. Genauere Pendeluhren, sogenannte Regulatoren , wurden an Geschäfts- und Bahnhöfen installiert und verwendet, um Arbeit zu planen und andere Uhren zu stellen. Die Notwendigkeit einer extrem genauen Zeitmessung in der Himmelsnavigation zur Bestimmung des Längengrades führte zur Entwicklung der genauesten Pendeluhren, die als astronomische Regulatoren bezeichnet werden . Diese Präzisionsinstrumente, die in Marineobservatorien installiert waren und durch Beobachtung von Sternentransiten über Kopf innerhalb einer Sekunde genau gehalten wurden, wurden verwendet, um Marinechronometer auf Marine- und Handelsschiffen einzustellen . Ab dem 19. Jahrhundert dienten astronomische Regulierungsbehörden in Marineobservatorien als primäre Standards für nationale Zeitverteilungsdienste , die Zeitsignale über Telegrafenleitungen verteilten . Ab 1909 basierte das US National Bureau of Standards (jetzt NIST ) den US- Zeitstandard auf Riefler- Pendeluhren mit einer Genauigkeit von etwa 10 Millisekunden pro Tag. 1929 wurde auf die freie Pendeluhr Shortt-Synchronome umgestellt, bevor in den 1930er Jahren Quarzstandards eingeführt wurden . Mit einem Fehler von rund einer Sekunde pro Jahr war die Shortt die genaueste kommerziell hergestellte Pendeluhr.

Pendeluhren blieben 270 Jahre lang der Weltstandard für genaue Zeitmessung, bis zur Erfindung der Quarzuhr im Jahr 1927, und wurden bis zum 2. Weltkrieg als Zeitnormale verwendet. Der französische Zeitdienst verwendete Pendeluhren als Teil seines Ensembles von Standarduhren bis 1954. Die Hauspendeluhr wurde in den 1930er und 1940er Jahren als Hauszeitmesser durch die synchrone elektrische Uhr ersetzt , die die Zeit genauer hielt, weil sie mit der Schwingung des Stromnetzes synchronisiert war .Die genaueste experimentelle Pendeluhr, die jemals hergestellt wurde, ist möglicherweise die Littlemore Clock, die in den 1990er Jahren von Edward T. Hall gebaut wurde (2003 dem National Watch and Clock Museum , Columbia, Pennsylvania, USA gespendet ).

Mechanismus

Modellmechanismus der Ansonia-Uhr: c. 1904.

Der Mechanismus, der eine mechanische Uhr antreibt, wird als Uhrwerk bezeichnet. Die Uhrwerke aller mechanischen Pendeluhren bestehen aus diesen fünf Teilen:

  • Eine Stromquelle; entweder ein Gewicht an einer Schnur oder Kette, das eine Riemenscheibe oder ein Kettenrad dreht, oder eine Zugfeder
  • Ein Räderwerk ( Räderwerk ), das die Geschwindigkeit der Kraft erhöht, damit das Pendel sie nutzen kann. Die Übersetzungsverhältnisse des Räderwerks teilen auch die Rotationsrate nach unten, um Räder zu erhalten, die sich einmal pro Stunde und einmal alle 12 Stunden drehen, um die Zeiger der Uhr zu drehen.
  • Eine Hemmung , die dem Pendel präzise getimte Impulse gibt, um es in Schwung zu halten, und die die Räder des Getriebes freigibt, um sich bei jedem Schwung um einen festen Betrag vorwärts zu bewegen. Dies ist die Quelle für das "tickende" Geräusch einer funktionierenden Pendeluhr.
  • Das Pendel, ein Gewicht auf einer Stange, das das Zeitmesser der Uhr ist
  • Ein Indikator oder Zifferblatt, das aufzeichnet, wie oft sich die Hemmung gedreht hat und damit wie viel Zeit vergangen ist, normalerweise ein traditionelles Zifferblatt mit rotierenden Zeigern.

Zusätzliche Funktionen in Uhren neben der grundlegenden Zeitmessung werden als Komplikationen bezeichnet . Aufwändigere Pendeluhren können diese Komplikationen beinhalten:

  • Schlagzug : läutet zu jeder vollen Stunde eine Glocke oder einen Gong, wobei die Anzahl der Schläge der Stundenzahl entspricht. Manche Uhren signalisieren auch die halbe Stunde mit einem einzigen Schlag. Aufwändigere Typen, die technisch als Glockenspiel bezeichnet werden , schlagen auf Viertelstunden und können Melodien oder Glockenspiele der Kathedrale spielen, normalerweise Westminster-Viertel .
  • Kalenderzifferblätter: zeigen den Tag, das Datum und manchmal den Monat an.
  • Mondphasenzifferblatt : Zeigt die Mondphase an, normalerweise mit einem gemalten Bild des Mondes auf einer rotierenden Scheibe.
  • Zeitgleichungszifferblatt : Diese seltene Komplikation wurde in der Anfangszeit verwendet, um die Uhr nach dem Passieren der Sonne um die Mittagszeit zu stellen. Es zeigt die Differenz zwischen der Uhrzeit und dem Sonnenstand an, der im Jahresverlauf um bis zu ±16 Minuten variiert.
  • Repeater- Aufsatz: wiederholt den Stundenschlag, wenn er von Hand ausgelöst wird. Diese seltene Komplikation wurde vor künstlicher Beleuchtung verwendet, um die Nachtzeit zu überprüfen.

Bei elektromechanischen Pendeluhren, wie sie in mechanischen Hauptuhren verwendet werden, wird die Stromquelle durch einen elektrisch betriebenen Elektromagneten ersetzt , der die Impulse durch magnetische Kraft an das Pendel liefert , und die Hemmung wird durch einen Schalter oder Fotodetektor ersetzt , der erkennt, wenn das Pendel in der richtige Position, um den Impuls zu empfangen. Diese sind nicht zu verwechseln mit neueren Quarzpendeluhren, bei denen ein elektronisches Quarzuhrmodul ein Pendel schwingt. Dies sind keine echten Pendeluhren, da die Zeitmessung durch einen Quarzkristall im Modul gesteuert wird und das schwingende Pendel nur eine dekorative Simulation ist.

Schwerkraft-Schwingpendel

Pendel- und Ankerhemmung einer Standuhr
Standuhr Pendel
Merkurpendel

Das Pendel in den meisten Uhren (siehe Abbildung) besteht aus einem Holz- oder Metallstab (a) mit einem Metallgewicht namens Bob (b) am Ende. Der Bob ist traditionell linsenförmig, um den Luftwiderstand zu reduzieren. Holzstäbe wurden oft in Qualitätsuhren verwendet, da Holz einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Metall hatte. Der Stab wird normalerweise mit einer kurzen geraden Feder aus Metallband (d) am Uhrrahmen aufgehängt ; dies vermeidet Instabilitäten, die von einem herkömmlichen Pivot eingeführt wurden. Bei den genauesten Regulatoruhren wird das Pendel an metallenen Messerschneiden aufgehängt, die auf flachen Achatplatten ruhen.

Das Pendel wird von einem dahinter hängenden Arm angetrieben, der am Ankerstück (h) der Hemmung befestigt ist, die sogenannte "Krücke" (e) , die in einer "Gabel" (f) endet , die die Pendelstange umgreift. Jeder Schwung des Pendels gibt das Ankerrad frei, und ein Zahn des Rades drückt gegen eine der Paletten und übt einen kurzen Stoß durch die Krücke und die Gabel auf die Pendelstange aus, um sie in der Schwingung zu halten.

Die meisten Qualitätsuhren, einschließlich aller Standuhren, haben ein "Sekundenpendel", bei dem jeder Schwung des Pendels eine Sekunde dauert (ein vollständiger Zyklus dauert zwei Sekunden), was ungefähr einen Meter (39 Zoll) lang vom Drehpunkt bis zur Mitte des Pendels ist Bob. Kaminuhren haben oft ein Halbsekundenpendel, das ungefähr 25 Zentimeter lang ist. Nur wenige Turmuhren verwenden längere Pendel, das 1,5-Sekunden-Pendel, 2,25 m (7,4 ft) lang, oder gelegentlich das 2-Sekunden-Pendel, 4 m (13 ft), das im Big Ben verwendet wird.

Das Pendel schwingt mit einer Periode, die mit der Quadratwurzel seiner effektiven Länge variiert. Für kleine Schwingungen ist die Periode T , die Zeit für einen vollständigen Zyklus (zwei Schwingungen),

wobei L die Länge des Pendels und g die lokale Erdbeschleunigung ist . Alle Pendeluhren haben eine Möglichkeit, den Gang zu verstellen. Dies ist normalerweise eine Einstellmutter (c) unter dem Pendelkörper, die den Pendelkörper auf seiner Stange nach oben oder unten bewegt. Wenn Sie den Bob nach oben bewegen, verringert sich die Länge des Pendels, wodurch die Periode des Pendels verringert wird, sodass die Uhr Zeit gewinnt. Bei einigen Pendeluhren erfolgt die Feineinstellung mit einer Hilfseinstellung, bei der es sich um ein kleines Gewicht handeln kann, das auf der Pendelstange nach oben oder unten bewegt wird. Bei einigen Hauptuhren und Turmuhren erfolgt die Einstellung durch ein kleines Tablett, das auf der Stange montiert ist, auf dem kleine Gewichte platziert oder entfernt werden, um die effektive Länge zu ändern, sodass der Gang eingestellt werden kann, ohne die Uhr anzuhalten.

Die Periode eines Pendels nimmt mit der Breite (Amplitude) seiner Schwingung geringfügig zu. Die Rate der Fehler steigt mit der Amplitude, so dass , wenn auf kleine Schwankungen von einigen Grad begrenzt das Pendel ist fast isochronen ; seine Periode ist unabhängig von Amplitudenänderungen. Daher ist die Auslenkung des Pendels bei Uhren auf 2° bis 4° begrenzt.

Temperaturkompensation

Eine Hauptfehlerquelle bei Pendeluhren ist die thermische Ausdehnung; der Pendelstab ändert sich bei Temperaturänderungen geringfügig in der Länge, wodurch sich der Gang der Uhr ändert. Eine Temperaturerhöhung führt dazu, dass sich der Stab ausdehnt, wodurch das Pendel länger wird, so dass seine Periode zunimmt und die Uhr Zeit verliert. Viele ältere Qualitätsuhren verwendeten Holzpendelstangen, um diesen Fehler zu reduzieren, da sich Holz weniger ausdehnt als Metall.

Das erste Pendel, das diesen Fehler korrigierte, war das 1721 von Graham erfundene Quecksilberpendel , das bis ins 20. Diese hatten einen Bob, der aus einem Behälter des Flüssigmetalls Quecksilber bestand . Bei einer Temperaturerhöhung würde sich der Pendelstab ausdehnen, aber auch das Quecksilber im Behälter würde sich ausdehnen und sein Niveau im Behälter leicht ansteigen, wodurch der Schwerpunkt des Pendels nach oben zum Drehpunkt hin verschoben würde. Durch Verwendung der richtigen Quecksilbermenge blieb der Schwerpunkt des Pendels auf einer konstanten Höhe und damit seine Periode trotz Temperaturänderungen konstant.

Das am häufigsten verwendete temperaturkompensierten Pendel war der Bratrost Pendel durch erfunden John Harrison rund 1726. Diese ein „grid“ parallele Stangen von hohen Wärmeausdehnung bestand aus Metall wie beispielsweise Zink oder Messing und geringe Wärmeausdehnung , wie beispielsweise Metall Stahl . Bei richtiger Kombination kompensiert die Längenänderung der Stäbe mit hoher Ausdehnung die Längenänderung der Stäbe mit geringer Ausdehnung, wodurch wiederum eine konstante Schwingung des Pendels bei Temperaturänderungen erreicht wird. Diese Art von Pendel wurde so mit Qualität in Verbindung gebracht, dass auf Pendeluhren oft dekorative "gefälschte" Roste zu sehen sind, die keine tatsächliche Temperaturkompensationsfunktion haben.

Ab etwa 1900 hatten einige der höchstpräzisen wissenschaftlichen Uhren Pendel aus Materialien mit ultraniedriger Ausdehnung wie der Nickel-Stahl-Legierung Invar oder Quarzglas , die nur sehr wenig Temperaturkompensation erforderten.

Atmosphärischer Widerstand

Die Viskosität der Luft, durch die das Pendel schwingt, variiert mit atmosphärischem Druck, Feuchtigkeit und Temperatur. Dieser Widerstand erfordert auch Leistung, die ansonsten zur Verlängerung der Zeit zwischen den Wicklungen aufgebracht werden könnte. Traditionell wird der Pendelbob mit einer schmalen, stromlinienförmigen Linsenform hergestellt, um den Luftwiderstand zu reduzieren, der die meiste Antriebskraft einer Qualitätsuhr darstellt. Im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert wurden Pendel für Präzisions- Regulieruhren in astronomischen Observatorien oft in einer Kammer betrieben, die auf einen niedrigen Druck gepumpt wurde, um den Widerstand zu reduzieren und den Betrieb des Pendels durch Vermeidung von Änderungen des Atmosphärendrucks noch genauer zu machen. Eine Feineinstellung des Taktes der Uhr könnte durch geringfügige Änderungen des Innendrucks im abgedichteten Gehäuse erfolgen.

Leveln und "Beat"

Um die Zeit genau zu halten, müssen Pendeluhren absolut eben sein. Ist dies nicht der Fall, schwingt das Pendel mehr auf eine Seite als auf die andere, was den symmetrischen Betrieb der Hemmung stört. Dieser Zustand ist oft im Ticken der Uhr hörbar. Die Ticks oder "Beats" sollten in genau gleichen Abständen sein, um einen Klang von "tick...tock...tick...tock" zu erzeugen; wenn sie es nicht sind und den Ton "tick-tock...tick-tock..." haben, ist die Uhr aus dem Takt und muss nivelliert werden. Dieses Problem kann leicht dazu führen, dass die Uhr nicht mehr funktioniert und ist einer der häufigsten Gründe für Serviceanrufe. Eine Wasserwaage oder eine Zeitmessmaschine kann eine höhere Genauigkeit erreichen, als sich auf den Klang des Schlags zu verlassen; Präzisionsregler haben für diese Aufgabe oft eine eingebaute Wasserwaage. Ältere Standuhren haben oft Füße mit verstellbaren Schrauben zum Nivellieren, neuere haben eine Nivellierungsverstellung im Uhrwerk. Einige moderne Pendeluhren verfügen über Vorrichtungen zur automatischen Beat- oder selbstregulierenden Beat-Anpassung und benötigen diese Anpassung nicht.

Lokale Schwerkraft

Pendeluhr Ansonia. C.1904,SANTIAGO, hängende Lebkuchenuhr aus Eichenholz, Acht-Tage-Zeit und Schlag.

Da die Pendelfrequenz mit zunehmender Schwerkraft zunimmt und die lokale Schwerkraft mit der Breite und Höhe auf der Erde variiert, müssen Präzisionspendeluhren nachjustiert werden, um die Zeit nach einer Bewegung zu halten. Zum Beispiel verliert eine Pendeluhr, die vom Meeresspiegel auf 1.200 m bewegt wird, 16 Sekunden pro Tag. Bei den genauesten Pendeluhren würde selbst das Verschieben der Uhr auf die Spitze eines hohen Gebäudes aufgrund der geringeren Schwerkraft zu einem messbaren Zeitverlust führen.

Torsionspendel

Auch Torsionsfederpendel genannt, ist eine radähnliche Masse (meist vier Kugeln auf Kreuzspeichen), die an einem vertikalen Streifen (Band) aus Federstahl aufgehängt ist und als Regelmechanismus in Torsionspendeluhren verwendet wird . Die Rotation der Masse wickelt die Aufhängungsfeder auf und ab, wobei der Energieimpuls auf die Oberseite der Feder ausgeübt wird. Der Hauptvorteil dieser Pendelart ist der geringe Energieverbrauch; mit einer Periode von 12-15 Sekunden, verglichen mit der Periode des Schwerkraft-Schwingpendels von 0,5-2s, ist es möglich, Uhren herzustellen, die nur alle 30 Tage oder sogar nur einmal im Jahr oder mehr aufgezogen werden müssen. Da die Rückstellkraft durch die Elastizität der Feder bereitgestellt wird , die sich mit der Temperatur ändert, wird sie stärker von Temperaturänderungen beeinflusst als ein Schwerkraftpendel. Die genauesten Torsionsuhren verwenden eine Elinvar-Feder, die einen niedrigen Temperatur-Elastizitätskoeffizienten hat.

Eine Torsionspendeluhr, die nur ein jährliches Aufziehen erfordert, wird manchmal als " 400-Tage-Uhr" oder " Jubiläumsuhr " bezeichnet, manchmal als Hochzeitsgeschenk . Torsionspendel werden auch in "ewigen" Uhren verwendet, die keinen Aufzug benötigen, da ihre Zugfeder durch Änderungen der atmosphärischen Temperatur und des Luftdrucks mit einer Balganordnung aufgezogen wird. Die Atmos-Uhr verwendet beispielsweise ein Torsionspendel mit einer langen Schwingungsdauer von 60 Sekunden.

Hemmung

Animation einer Ankerhemmung , einer der am häufigsten verwendeten Hemmungen in Pendeluhren

Die Hemmung ist ein mechanisches Gestänge, das die Kraft des Räderwerks der Uhr in Impulse umwandelt, die das Pendel hin und her schwingen lassen. Es ist der Teil, der das "ticken" Geräusch in einer funktionierenden Pendeluhr macht. Die meisten Hemmungen bestehen aus einem Rad mit spitzen Zähnen, dem sogenannten Ankerrad, das vom Räderwerk der Uhr gedreht wird, und Oberflächen, gegen die die Zähne drücken, sogenannte Paletten . Während der meisten Pendelschwingungen wird das Rad am Drehen gehindert, weil ein Zahn an einer der Paletten anliegt; dies wird als "gesperrter" Zustand bezeichnet. Bei jedem Schwingen des Pendels gibt eine Palette einen Zahn des Ankerrades frei. Das Rad dreht sich um einen festen Betrag vorwärts, bis ein Zahn auf der anderen Palette einrastet. Diese Freigaben ermöglichen es dem Räderwerk der Uhr, bei jedem Schlag um einen festen Betrag vorzurücken, wobei die Zeiger mit einer konstanten Geschwindigkeit vorwärts bewegt werden, gesteuert durch das Pendel.

Obwohl die Hemmung notwendig ist, stört ihre Kraft die natürliche Bewegung des Pendels, und bei Präzisionspendeluhren war dies oft der limitierende Faktor für die Ganggenauigkeit der Uhr. Um dieses Problem zu lösen, wurden im Laufe der Jahre verschiedene Hemmungen in Pendeluhren verwendet. Im 18. und 19. Jahrhundert stand das Hemmungsdesign an der Spitze der Fortschritte bei der Zeitmessung. Die Ankerhemmung (siehe Animation) war die Standardhemmung, die bis zum 19. Jahrhundert verwendet wurde, als eine verbesserte Version, die Deadbeat-Hemmung, in Präzisionsuhren übernahm. Es wird heute in fast allen Pendeluhren verwendet. Das Remontoire , ein kleiner Federmechanismus, der in Abständen zurückgezogen wird und der dazu dient, die Hemmung von der schwankenden Kraft des Räderwerks zu isolieren, wurde in einigen Präzisionsuhren verwendet. Bei Turmuhren muss das Räderwerk die großen Zeiger auf dem Zifferblatt an der Außenseite des Gebäudes drehen, und das Gewicht dieser Zeiger, das je nach Schnee- und Eisbildung variiert, belastet das Räderwerk unterschiedlich. Schwerkrafthemmungen wurden in Turmuhren verwendet.

Gegen Ende des 19. Jahrhunderts wurden in den genauesten Uhren, sogenannten astronomischen Regulatoren , spezialisierte Hemmungen verwendet , die in Marineobservatorien und für wissenschaftliche Forschungen eingesetzt wurden. Die Riefler-Hemmung, die in Clemens-Riefler-Regulatoruhren verwendet wird, war auf 10 Millisekunden pro Tag genau. Elektromagnetische Hemmungen, die einen Schalter oder eine Fotoröhre verwendeten , um einen elektromagnetischen Elektromagneten einzuschalten , um dem Pendel einen Impuls zu geben, ohne eine mechanische Verbindung zu erfordern, wurden entwickelt. Die genaueste Pendeluhr war die Shortt-Synchronome-Uhr, eine komplizierte elektromechanische Uhr mit zwei Pendeln, die 1923 von WH Shortt und Frank Hope-Jones entwickelt wurde und auf mehr als eine Sekunde pro Jahr genau war. Ein Nebenpendel in einer separaten Uhr wurde durch einen Stromkreis und Elektromagnete mit einem Hauptpendel in einem Vakuumtank verbunden. Das Slave-Pendel übernahm die Zeitmessungsfunktionen und ließ das Master-Pendel praktisch ungestört von äußeren Einflüssen schwingen. In den 1920er Jahren wurde das Shortt-Synchronome kurzzeitig zum höchsten Standard für die Zeitmessung in Sternwarten, bevor Quarzuhren Pendeluhren als Präzisionszeitnormale ablösten.

Zeitanzeige

Das Anzeigesystem ist fast immer das traditionelle Zifferblatt mit beweglichen Stunden- und Minutenzeigern. Viele Uhren haben einen kleinen dritten Zeiger, der die Sekunden auf einem Hilfszifferblatt anzeigt. Pendeluhren werden normalerweise durch Öffnen der Glasabdeckung und manuelles Drücken des Minutenzeigers um das Zifferblatt auf die richtige Zeit eingestellt. Der Minutenzeiger ist auf einer rutschenden Reibungshülse montiert, die es ermöglicht, ihn auf seiner Welle zu drehen. Der Stundenzeiger wird nicht vom Räderwerk, sondern von der Welle des Minutenzeigers über ein kleines Zahnradgetriebe angetrieben, so dass durch manuelles Drehen des Minutenzeigers auch der Stundenzeiger eingestellt wird.

Stile

Einjährige deutsche Regulierungsuhr. Um 1850

Pendeluhren waren mehr als nur nützliche Zeitmesser; sie waren Statussymbole , die den Reichtum und die Kultur ihrer Besitzer ausdrückten. Sie haben sich in einer Reihe traditioneller Stile entwickelt, die spezifisch für verschiedene Länder und Zeiten sowie für ihre beabsichtigte Verwendung sind. Gehäusestile spiegeln in gewisser Weise die Möbelstile wider, die während dieser Zeit beliebt waren. Experten können oft anhand von feinen Unterschieden in Gehäuse und Zifferblatt feststellen, wann eine antike Uhr innerhalb weniger Jahrzehnte hergestellt wurde. Dies sind einige der verschiedenen Arten von Pendeluhren:

Siehe auch

Verweise

Externe Links