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Uhr

Uhren I.

In den ältesten Zeiten benutzte man zur Zeitbestimmung senkrecht aufgestellte Stäbe, Gnomone, deren Schattenlänge oder Schattenrichtung die Tageszeit erkennen ließ. Aus diesen Sonnenzeigern (Sonnenweisern, Stundensteinen) entstanden die Sonnenuhren, die wesentlich genauere Zeitangaben ermöglichten und bis zum 15. Jahrh. fast die einzigen öffentlichen Uhren waren.

Als Erfinder der Sonnenuhren wird, allerdings wohl mit Unrecht, der Babylonier Berosus (600 v. Chr.) genannt, der die Kenntnis des Sonnenweisers nach Griechenland brachte. Dort machten sich namentlich Thales, Anaximandros und Eudoxos um die Verbesserung und Verallgemeinerung der Sonnenuhren verdient. Rom erhielt erst die erste Sonnenuhr um 260 v. Chr., und nach Deutschland soll sie Peuerbach (um 1450) gebracht haben. Neben den Sonnenuhren wurden schon sehr früh, namentlich als Hausuhren, Wasseruhren benutzt. Fig. 1 zeigt eine Wasseruhr, wie sie um 300 v. Chr. in Ägypten gebräuchlich war. Durch das Rohr h fließt Wasser in den Trichter a; dieser ist aber durch einen eingetauchten massiven Kegel b fast ganz erfüllt, so daß das Wasser aus dem Trichter a nur tropfenweise in den Zylinder c abfließen kann. Die Höhe der Wassersäule und damit die abgelaufene Zeit wird durch den Schwimmer e angezeigt, der seine Bewegung auf das Räderwerk g überträgt und an einem Zifferblatt die Tagesstunde angibt. Je nachdem der Kegel b mehr oder weniger in den Trichter a eingetaucht wurde, lief das Wasser langsamer oder rascher ab, und es konnte auf diese Weise der Ablauf der Uhr mit der jeweiligen Tageslänge in Einklang gebracht werden. Platon führte die Wasseruhr (Klepsydra) in Griechenland und Scipio Nasica um 157 v. Chr. in Rom ein. Im Orient waren Wasseruhren sehr verbreitet, und 807 schenkte Harun al Raschid eine sehr kunstvoll gearbeitete Wasseruhr mit Schlagwerk und beweglichen Figuren an Karl d. Gr. Auch Sanduhren sowie Öluhren, bei denen der Verbrauch des Öles einer Lampe die Zeit anzeigte (Fig. 2), wurden vielfach benutzt.

Die Erfindung der Räder- und Gewichtsuhren wird dem Mönche Gerbert, dem spätern Papst Silvester II. (947–1003), zugeschrieben, auch soll er mit diesen bereits Schlagwerke mit Glocken verbunden haben. Im 13. Jahrh. begann man auf den Türmen von Kirchen und Schlössern Räderuhren aufzustellen, die alle mit der Spindelhemmung ausgerüstet waren. Eines der vollkommensten solcher alten Uhrwerke ist die von Heinrich von Wick 1370 auf dem Schloßturm in Paris aufgestellte Turmuhr (Fig. 3), die als Wunderwerk galt. Ende des 15. Jahrh. traten Räderuhren auch als Hausuhren auf und wurden bei astronomischen Beobachtungen benutzt; so von Walter in Nürnberg und Tycho Brahe auf seiner Uranienburg.

Die ersten Taschenuhren soll um 1500 der Nürnberger Schlosser Peter Henlein hergestellt haben, die unter der Bezeichnung »Nürnberger Eier« bald weite Verbreitung fanden.

Die Uhren werden nach der Art des Regulators in zwei Gruppen getrennt: a) Pendeluhren, bei denen das schwingende Pendel den Taktgeber bildet. Hierher gehören fest aufgestellte Uhren, die astronomischen Präzisionsuhren, Turm nhren und Wanduhren; b) Unruhuhren, bei denen eine Spiralfeder mit Schwungrad, Unruhe oder Balance genannt, den Regulator bildet. Unruhuhren sind alle transportabeln Uhren, Taschenuhren und Chronometer (Seeuhren). Nach der Art ihrer Verwendung unterscheidet man auch Taschen- oder Sackuhren, Chronometer oder Seeuhren, astronomische Pendeluhren, Uhren für Hausgebrauch (Stutzuhren, Wanduhren, Dielenuhren, Reiseuhren etc.) und Turmuhren oder öffentliche Uhren. Außerdem finden Uhrwerke Verwendung bei vielen Kontroll- und Meßvorrichtungen, so bei den Wächter- und Arbeiterkontrolluhren, bei den Taxametern der Droschken, den Fernsprechzeitmessern, Geschwindigkeitsmessern, Elektrizitätszählern u. dgl.

I. Pendeluhren. Die Triebkraft der Pendeluhren bildet ein an einer Schnur, Darmsaite oder Kette befestigtes Gewicht A (Fig. 4 und 5). Die Schnur ist mit ihrem Ende an eine Walze B befestigt und wird bei Drehung der Walzenachse mit einem auf den Zapfen a aufgesteckten Schlüssel auf die Walze aufgewickelt. Durch den Zug des Gewichts wird nun die Walze gedreht, und diese Drehung überträgt sich durch das auf die Walzenachse aufgesetzte Zahnrad C (Walzenrad) auf die andern Getriebe des Laufwerks derart, daß immer ein Zahnrad in ein Triebrad eingreift und dieses das an seiner Achse aufgesetzte Rad mitführt. So greift das Walzenrad C in das Trieb D ein, welches das Rad E mitnimmt; dieses greift in das Trieb F des Rades G, letzteres in das Trieb H des Rades K und endlich K in das Trieb L des letzten Rades M; das Steigrad, Hemmungs- oder Gangrad heißt. Bei Verwendung von Sekundenpendeln dreht es sich in einer Minute einmal herum, auf seiner Achse sitzt dann der Sekundenzeiger der Uhr; es wird daher auch Sekundenrad genannt. Das Rad K dreht sich in einer Stunde einmal herum und wird Minutenrad genannt, weil seine Achse den Minutenzeiger bewegt. Die Räder E und G heißen Zwischen, Mittel- oder Beisetzräder. Ihre Zahl wechselt; in den astronomischen Präzisionsuhren ist gewöhnlich nur ein solches Rad vorhanden. Beim Ablaufen des Gewichtes A würde das beschriebene Laufwerk allein eine schnelle und beschleunigte Drehung erfahren, um aber diese zu verlangsamen und gleichförmig zu gestalten, dient die mit dem Regulator als Taktgeber in Verbindung stehende Hemmung. Diese besteht aus dem Anker N, der das Steigrad M umfaßt und mit den rechtwinkligen Biegungen seiner beiden Arme, den Paletten oder Hebungen, in die Zähne des Steigrades eingreift und die Bewegung desselben hemmt.

Die Flächen der Ankerpaletten sind nun geneigt und so ausgebildet, daß, wenn der Anker mit dem Pendel hin und her schwingt, sie abwechselnd in die Steigradzähne hineingreifen und wieder heraustreten, wobei die Zähne an den schrägen Paletten einhergleiten und jedesmal beim Durchgang des Ankers durch die senkrechte Lage eine Drehung des Steigrades um einen Zahn eintritt. Die regelmäßige Bewegung des Ankers N wird durch die Schwingung des Regulators, des Pendels P, erzielt, das ganz frei an einer Stelle des Uhrgehäuses aufgehangen ist und nur durch die Führungsstange T und die Gabel U mit der Achse O des Ankers in Verbindung steht. Da die Schwingungen des Pendels isochron, d.h. von gleicher Dauer sind, so wird auch die oszillierende Bewegung des Ankers isochron sein und das Durchschlüpfen eines Steigradzahnes immer nach gleichen Zeiten eintreten und damit der Ablauf des ganzen Uhrwerkes gleichmäßig erfolgen. Damit das Pendel in Bewegung bleibt und durch Luftwiderstand und Reibung nicht zum Stillstand kommt, erhält es durch die Hemmung immer einen neuen Antrieb. Jedesmal, wenn das Steigrad von der Ankerpalette frei wird und um einen Zahn weiterspringt, fällt ein andrer Zahn mit einer gewissen Kraft auf die andre Ankerpalette und erteilt so dem Pendel einen neuen Antrieb, Impuls. Das ganze Uhrwerk ist zwischen zwei Messingplatten Q und R, Platinen, aufgestellt, in denen die Achsen sämtlicher Räder und Triebe gelagert sind, und die durch Zwischenstücke, Pfeiler, in gehörigem Abstand voneinander gehalten werden. Vor der Vorderplatine ist das Zifferblatt befestigt, aus dessen Mitte die Achse des Minutenrades herausragt; auf diese ist der Minutenzeiger aufgesetzt, dessen Ende sich über die Peripherie des Zifferblattes bewegt.

Auf der Steigradachse sitzt der Sekundenzeiger und beschreibt einen kleinen exzentrischen Kreis. Die Bewegung des Stundenzeigers erfolgt durch ein besonderes Zeigerwerk oder Vorgelege, das gewöhnlich zwischen Vorderplatine und Zifferblatt angeordnet ist und die Bewegung der Welle des Minutenrades auf die Achse des Stundenzeigers entsprechend verlangsamt überträgt, so daß dieser entweder in 12 oder 24 Stunden einen vollen Umkreis beschreibt. Gewöhnlich wird der Stundenzeiger, ebenso wie der Minutenzeiger, auch in der Mitte des Zifferblattes angeordnet und nur etwas kleiner gehalten; in diesem Falle wird die Achse des Stundenzeigers, das Stundenrohr, lose über die Minutenachse geschoben. Bei astronomischen Pendeluhren ist der Stundenzeiger meist ebenso wie der Sekundenzeiger exzentrisch auf dem Zifferblatt aufgesetzt (Fig. 16 und 17). Die Gangzeit der Pendeluhr ist abhängig von der Länge der Schnur und den für das Gewicht zur Verfügung stehenden Fallraum. Ist letzterer für eine bestimmte Gangzeit zu klein, so führt man die Schnur über eine frei hängende Rolle, befestigt das freie Ende an einem Haken und hängt nun das Gewicht an die Achse der Rolle. Die Dauer der Fallzeit und die sich abwickelnde Schnurlänge wird dadurch verdoppelt, doch ist auch dann die Größe des Gewichts zu verdoppeln. Bei großen Uhren hängt man auch das Gewicht an einen Flaschenzug. Um beim Aufziehen, d.h. beim Aufwickeln der Schnur auf die Walze, keine Rückwärts drehung des Räderwerks der Uhr eintreten zu lassen, ist das Walzenrad C nicht direkt fest mit der Walze B verbunden, sondern durch ein sogen. Gesperre. Auf der Walzenachse sitzt fest das Sperrad s (Fig. 5), auf dem Walzenrade der Sperrkegel x, der um eine Schraube leicht beweglich ist und durch die Sperrfeder y in die Zähne des Sperrades eingedrückt wird.

Wird die Uhr aufgezogen, so dreht sich die Walze in der Pfeilrichtung und nimmt das Sperrad mit, das Walzenrad bleibt aber stehen, da die Zähne des Sperrades den Sperrkegel abheben und unter ihm weiter gleiten. Beginnt jedoch das Gewicht A wieder zu fallen, so dreht sich die Walze in entgegengesetzter Richtung und der Sperrkegel drückt jetzt gegen einen Zahn des Sperrades und bringt damit eine Verbindung und gemeinsame Drehung von Walze und Walzenrad hervor. Damit die Uhr während des Aufziehens auch regelmäßig weitergeht und eine Kraft auf das Pendel einwirkt, wird bei bessern Uhren ein Gegengesperre (Fig. 6) angewandt.

Bei diesem ist, außer dem auf der Walzenachse sitzenden kleinen Sperrad S mit der Sperrklinke x und der Sperrfeder y, noch ein größeres Sperrad V vorhanden, dessen Zähne die entgegengesetzte Richtung haben, mit der Sperrklinke z, die an der Uhrplatine angeschraubt ist. Eine starke Feder ss' drückt gegen zwei Stifte, s im großen Sperrad V, s' im Walzenrad C; ist die Uhr im Gang, so wird diese Feder, entsprechend dem Zug des Gewichts, zusammengedrückt und das Walzenrad C mit den Sperrädern V und S und der Walzenachse in Verbindung gesetzt. Beim Aufziehen des Gewichtes hört der Zug des Gewichtes auf die Feder ss' auf, sie ist also bestrebt, sich auszudehnen; da aber die Sperrklinke z das Sperrad V hindert, sich nach rechts zu drehen, so drückt die Feder gegen den Stift s' auf dem Walzenrad und treibt dieses und damit das ganze Uhrwerk weiter, ersetzt also den fehlenden Gewichtszug. Die Kraft der Feder reicht für die kurze Zeit des Aufziehens aus. Bei Turmuhren greift ein schwerer Hebel, Riegel und Schließer, beim Aufziehen in das Walzenrad direkt ein und erhält durch sein Gewicht das Räderwerk im Gang.

Bei den Hemmungen unterscheidet man vier Gruppen: rückfallende, ruhende und freie Hemmungen und Hemmungen mit konstanter Kraft. Bei den rückfallenden Hemmungen macht das Steigrad in einem gewissen Zeitpunkt ihrer Wirkung eine kleine rückgängige Bewegung; hierher gehört der Spindelgang. Bei den ruhenden Hemmungen steht das Steigrad still und erfährt nur im Augenblick des Stoßes eine Bewegung, so beim Grahamschen Ankergang.

Bei den freien Hemmungen vollziehen sich die Schwingungen des Regulators ganz frei vom Hemmungsrad, und nur im Augenblick des Anstoßes wird eine kurze Verbindung hergestellt. Die Hemmungen mit konstanter Kraft sind ebenfalls freie Hemmungen, doch ist bei ihnen der Impuls, den das Pendel erfährt, vom Uhrwerk unabhängig und immer von gleicher Größe. Die älteste Hemmung ist der Spindelgang, der in Verbindung mit einem Horizontalpendel, der Wage, in den ersten großen Turmuhren angewandt wurde. Fig. 7 zeigt eine solche Waguhr mit Spindelgang. Die Wage ist der horizontal liegende Stab w, der um eine senkrechte Achse vor und zurück schwingt. Die Achse hat zwei zueinander senkrechte Ansätze, Flügel oder Lappen, p und q, die abwechselnd in die Zähne des Steigrades oder Kronrades k eingreifen, und bei der Umkehr der Bewegung einen Zahn durchschlüpfen lassen. Die Schwingungen der Wage erfolgen schneller oder langsamer, je nachdem man die Gewichte an dem Wagearm näher heran oder weiter ab anhängt. Die Waguhren haben lange Zeit den bescheidenen Ansprüchen, die man an sie stellte, genügt; 1872 ist auf dem Doverkastell eine eiserne Waguhr, die 1348 in der Schweiz hergestellt war, ihres Dienstes enthoben worden. Mit der Waguhr begann im 16. Jahrh. auch die Schwarzwälder Uhrenindustrie; auch waren die Uhren, mit denen Kaiser Karl V. sich bei St. Just einsiedlerisch beschäftigte, Waguhren. Die wichtigste und meist gebrauchte Hemmung für Pendeluhren ist die ruhende Ankerhemmung, die 1680 von Clement angegeben und von Graham (1673–1751) wesentlich verbessert wurde, nach dem sie auch als Grahamgang bezeichnet wird. Die Wirkungsweise ist schon oben besprochen; die genaue Konstruktion ist aus Fig. 8 ersichtlich, wo die Hälfte des Steigrades und der Anker nebst Paletten abgebildet ist. Derselbe umfaßt 61/2 Zähne des Steigrades. Die Ankerpaletten macht man aus ganz hartem Stahl oder aus Edelsteinen, Rubin, Saphir od. dgl. Dem Ankergang ähnlich ist der von Vulliamy erfundene Stiftengang (Fig. 9), der in ältern Uhren häufig angewandt wurde.

Die beiden Arme des Ankers liegen ganz seitlich über dem am weitesten rechts liegenden Punkte des Steigrades, wodurch der Druck der Paletten auf das Steigrad immer in derselben Richtung wirkt. Auf dem Steigrade sind an Stelle der Zähne senkrecht zu seiner Ebene halbzylindrische Stäbe eingesetzt, zwischen die sich die Paletten des scherenförmig ausgebildeten Ankers schieben. Eine freie Hemmung ist Rieflers Pendelhemmung (Fig. 10 und 11). Riefler benutzt die Biegung der Aufhängungsfeder des Pendels, um den Impuls auf den Pendel auszuüben, und läßt die Aufhängungsfeder bei jedem Durchgang des Pendels durch die Ruhelage etwas spannen. Dies geschieht dadurch, daß der Anker S S' durch seine als Schneide ausgeführte Achse P P mit der Brücke M M fest verbunden ist, an der die Aufhängefeder i i k befestigt ist.

Letztere wird nun bei jedem Durchschwung durch die Mitte, einmal nach links, einmal nach rechts, um einen kleinen Betrag gebogen und angespannt. Das Steigrad S ist ein Doppelrad und besteht aus einem Hebungsrad und einem etwas größern Ruherad. Bei dieser Anordnung schwingt also das Pendel vollkommen frei und unabhängig. Diese Hemmung hat in astronomischen Uhren der neuern Zeit vielfach Verwendung gefunden. Eine ähnliche freie Hemmung ist von Straßer angegeben.

Schon vor Erfindung der Pendeluhr benutzten die Astronomen die Pendelschwingungen, um die Dauer einer Erscheinung zu bestimmen; als Regulator für Uhren wurde das Pendel erst 1656 von Huggens verwandt, der deshalb als Erfinder der Pendeluhr gilt. Fig. 12 zeigt seine erste Pendeluhr. Er ließ das Steigrad horizontal laufen, und dieses warf die Lappen der horizontal liegenden Spindel hin und her. An dem Ende der Spindel hing das Pendel herab. Von großer Bedeutung ist die Aufhängung des Pendels. Huygens hing es an einem seidenen Faden, der beim Schwingen auf beiden Seiten gegen zykloidisch gekrümmte Bleche sich anlegte, um auf diese Weise die großen Schwingungen, die bei der Spindelhemmung erforderlich sind, isochron zu machen. Jetzt benutzt man bei der Ankerhemmung nur kleine Schwingungen und hängt das Pendel an zwei dünnen Stahlfedern i i (Fig. 4 u. 11) auf, deren Ebene senkrecht zur Schwingungsebene des Pendels steht. Das einfache Pendel besteht aus einem Holz- oder Metallstab (Pendelstab), der an seinem Ende ein schweres, meist linsenförmiges Metallstück (Pendellinse) trägt (Fig. 4). Die Schwingungsdauer t eines Pendels ist nach der Formel: t = πve/g abhängig von der Pendellänge 1, der Entfernung des Schwerpunkts des ganzen Pendels vom Drehungspunkt (vgl. Pendel). Man kann die Schwingungsdauer daher verkürzen oder vergrößern, je nachdem man die Pendellänge kleiner oder größer macht, was durch ein Hinauf- oder Hinunterschrauben der Pendellinse bewirkt wird, in kleinerm Betrag auch dadurch, daß man auf einem in der Mitte des Pendels angebrachten kleinen Teller Gewichte auflegt oder fortnimmt, wodurch der Schwerpunkt dem Aufhängungspunkt genähert oder von ihm entfernt wird. Ein Pendel, das Sekunden schwingt, ein Sekundenpendel, hat eine Länge von ungefähr 1 m, doch ist die genaue Länge an den verschiedenen Punkten der Erdoberfläche verschieden, da diese nach der obigen Formel von der Größe der Schwerkraft, der Beschleunigung g, abhängt. Am Äquator ist die Schwerkraft am kleinsten, dort beträgt die Länge des Sekundenpendels 991,03 mm, nach den Polen hin nimmt sie zu bis auf 996,10 mm, in Berlin beträgt sie 994,26 mm, und jede Änderung von 1 mm in der Pendellänge bringt eine tägliche Gangänderung von 43 Sekunden hervor. Da mit der Änderung der Temperatur auch die Länge des Pendelstabes eines einfachen Pendels sich ändert, so ist die Schwingungsdauer eines solchen Pendels sehr veränderlich, und daher können für bessere Pendeluhren, bei denen eine große Gleichförmigkeit des Ganges gefordert wird, einfache Pendel nicht verwandt werden. Wo man solche noch benutzt, macht man den Pendelstab aus trockenem und ganz mit Öl getränktem Holze, dessen Ausdehnung mit zunehmender Temperatur nur gering ist. Von dem Einfluß wechselnder Temperatur unabhängig ist nur die Pendellänge der Kompensationspendel, die unter Verbindung verschiedenartigen Materials so konstruiert sind, daß die mit dem Temperaturwechsel eintretenden Längenänderungen der verschiedenen Materialien sich gegenseitig aufheben, ›kompensieren‹.

Uhren II.

Bei dem 1728 von Harrison angegebenen Rostpendel besteht der Pendelstab aus Metallstäben verschiedener Ausdehnung (Fig. 13). Die Linse hängt zunächst an zwei Stahlstäben s s, die oben und unten durch die beiden Messingstücke b und d verbunden sind; an b hängen die beiden Zinkstäbe z z, die unten das Messingstück c tragen, in dem auch die stählerne Pendelstange a befestigt ist. Bei Zunahme der Temperatur dehnen sich die Zinkstäbe stärker aus und heben bei geeigneter Länge die Ausdehnung der Stahlstäbe auf, so daß die wirksame Pendellänge konstant bleibt. Graham verwandte zuerst ein Quecksilber-Kompensationspendel. Bei diesem ist die Linse durch ein Gefäß ersetzt, das etwa 15 cm hoch mit Quecksilber gefüllt ist. Bei zunehmender Temperatur dehnt sich nun die stählerne Pendelstange nach unten, das Quecksilber aber nach oben aus, so daß die Entfernung der Schwerpunkte vom Drehungspunkt ungeändert bleibt.

Bei Rieflers Quecksilberpendel (Fig. 14) ist die Pendelstange ein Stahlrohr, das entsprechend dem Ausdehnungskoeffizienten desselben bei zu einer bestimmen Höhe, etwa zwei Drittel der Länge, mit Quecksilber gefüllt und dann hermetisch verschlossen worden ist. Dieses Pendel hat sich sehr bewährt. Durch Guillaumes Entdeckung, daß eine Legierung von 35,7 Proz. Nickel und 64,3 Proz. Stahl den außerordentlich geringen Ausdehnungskoeffizienten 0,0000877 besitzt, der zwölfmal kleiner als derjenige des Stahles ist, wurde es möglich, Uhrpendel aus Nickelstahl herzustellen, die ohne irgendwelche Kompensation für Temperatur für praktische Zwecke keine wesentlichere Änderungen ihrer Schwingungszeit erfahren. Für wissenschaftliche Zwecke werden sie jedoch mit einer Kompensationsvorrichtung versehen. Bei Rieflers Nickelstahlpendel (Fig. 15) ist S die Pendelstange aus Nickelstahl, L die Pendellinse, die in ihrer Mitte bei A aufliegt. M ist die Regulierschraube. Auf M ruhen zwei übereinander gestellte, auf die Pendelstange S geschobene Kompensationsröhren C und C¹, die aus Stoffen von sehr verschiedener Wärmeausdehnung hergestellt sind, so C aus Messing und C¹ aus Stahl. Da eine geringe Änderung im Nickelgehalt der Pendelstange bereits sehr erhebliche Änderungen des Ausdehnungskoeffizienten desselben zur Folge hat, so ist es nötig, die Kompensationswirkung des Pendels verändern zu können, was durch Übereinandersetzen zweier Kompensationskörper von verschiedener Ausdehnung erreicht werden kann.

Ein ähnliches Nickelstahlpendel ist in neuester Zeit von Straßer konstruiert worden. Außer von der Temperatur wird aber die Schwingungsdauer eines Pendels auch durch die veränderliche Dichte der umgebenden Luft beeinflußt; eine Zunahme des Luftdrucks um 1 mm Quecksilberdruck verlangsamt den Gang einer Sekundenpendeluhr im Mittel um etwa 0,015 Sekunde täglich. Um diesen Einfluß auszuschalten, hat man das Pendel mit Luftdruckkompensationen (auch Barometerkompensationen genannt) versehen. An der Pendelstange wird nach Robinson und Krüger ein kleines Heberbarometer, bez. Manometer, befestigt, wodurch bewirkt wird, daß bei steigendem Luftdruck eine kleine Quecksilbermenge gehoben wird u. dadurch der Schwerpunkt des ganzen Pendels dem Aufhängungspunkt näher rückt.

Hierdurch wird der Gang der Uhr beschleunigt und die Verlangsamung des Pendels durch die Luftdruckänderung wieder aufgehoben. Riefler führt eine Luftdruckkompensation mit einem am Pendel angebrachten Dosenaneroidbarometer aus, das in ähnlicher Weise wirkt. Fig. 16 zeigt diese Luftdruckkompensation in Verbindung mit einer astronomischen Uhr mit Nickelstahlpendel.

Eine andre Methode, den Gang einer Pendeluhr von dem Einfluß der Luftdruckschwankungen unabhängig zu machen, besteht darin, daß man die ganze Uhr in einem luftdicht verschlossenen Gehäuse aufstellt.

Fig. 17 zeigt eine solche luftdicht aufgestellte Pendeluhr von Riefler. Auf einer Eisenkonsole E ruht der Ring R, der den untern Glaszylinder C und den Ständer T des Uhrwerks trägt; überdeckt wird das Werk von der Glasglocke G, die auf dem untern Glaszylinder aufgeschliffen ist und das ganze Uhrwerk hermetisch abschließt. Der Aufzug ist entweder ein gewöhnlicher Gewichtsaufzug oder ein elektrischer Aufzug. Im erstem Fall wird die Aufziehwelle durch den Glaszylinder geführt und mit einer Stopfbüchse gegen das Eindringen von Luft abgedichtet. Bei den Uhren mit elektrischem Aufzug (die Fig. 17 zeigt) wirkt das Gewicht eines an der Minutenradwelle angebrachten Hebels, der allmählich herabsinkt und in Intervallen von 6–8 Minuten auf elektromagnetischem Wege jedesmal wieder in die Höhe gehoben wird; die Leitungsdrähte K für den elektrischen Strom gehen luftdicht durch die Bodenplatte des Glaszylinders.

Die Ablesung der Schwingungsbogen erfolgt durch das Mikroskop M. Das Schwingungsmaß e ist am Pendelstabe befestigt. Ferner sind unter der Glasglocke des Zylinders ein Barometer B, ein Thermometer und ein Hygrometer angebracht. Die Evakuierung des Zylinders geschieht mit einer Luftpumpe L, die an den Hahn J angesetzt wird.

Außer dem ebenen Pendel wird auch noch das Dreh-(Torsions-) Pendel und das konische Pendel als Regulator in Uhrwerken benutzt. Das Drehpendel besteht aus einer schweren kreisförmigen Metallscheibe, die an einem dünnen Draht in ihren Mittelpunkt aufgehangen ist und um denselben sich dreht.

Die Schwingungen des Pendels vollziehen sich sehr langsam, und daher wird dieses Pendel bei Uhren von langer Gangdauer, sogen. Jahresuhren, die bei einmaligem Aufzug 400 Tage in Gang bleiben, verwendet. Genaue Gangresultate lassen sich jedoch mit diesem Pendel nicht erzielen. Das konische Pendel wird fast nur in Uhrwerken astronomischer Fernrohre (vgl. Äquatorial) als Regulator benutzt. Bei ihm beschreibt der Pendelkörper einen vollständigen Kreis und der Pendelstab daher den Mantel eines Kegels.

Um den Ablauf von kleinern Zeiträumen dem Ohre wahrnehmbar zu machen, sind mit vielen Pendeluhren, namentlich den Turm- und Wanduhren, besondere Schlagwerke verbunden, die vom eigentlichen Uhrwerk, dem Gehwerk, zu den betreffenden Zeiten ausgelöst werden und sich nach Abgabe ihrer Signale selbsttätig wieder sperren. Man unterscheidet Stundenschlagwerke und Viertelwerke, je nachdem nur die vollen Stunden oder auch die Viertelstunden angegeben werden. Das Signal erfolgt, indem ein Hammer auf eine Spiralfeder, eine Glocke oder auf ein abgestimmtes Metallrohr (Gong) schlägt. Damit die Schläge gleichmäßig aufeinanderfolgen, wird ein Windfang als Geschwindigkeitsregulator eingeschaltet. Zur Bewegung des Hammers dient das Hebnägelrad, das an seinem Umfang mit Stiften, Hebnägeln, besetzt ist, die den Hammerhebel erfassen und wieder abfallen lassen. Bei den Repetieruhren wird durch Zug an einer Schnur oder Druck auf einen Knopf das Schlagwerk ausgelöst, und wiederholt dann die zuletzt abgegebenen Schläge. Kuckucks-, Wachtel-, Trompeter-Uhren lassen beim Schlagen zugleich den Kuckucks- oder Wachtelruf oder eine Trompete ertönen. Bei diesen Uhren werden vom Hebnägelrade Blasebälge aufgezogen, die beim Abfallen des Hebels vom Hebnagel abgestimmten Pfeifen oder Trompeten Luft zuführen. Bei den Kalenderuhren sind besondere Räderwerke mit dem Uhrwerk verbunden, die das Datum und den Wochentag auf einem Zifferblatt anzeigen. Über astronomische Kunstuhren s. Tafel ›Uhren III‹.

Wird in den Pendeluhren an Stelle des Gewichtes eine gespannte Feder als treibende Kraft benutzt, wie bei den Taschenuhren (s. unten), so nennt man die Uhren Stutzuhren. Diese finden namentlich als Hausuhren vielfache Verwendung.

II. Transportable Uhren. Bei allen transportabeln Uhren, den Taschenuhren und den Chronometern (Seeuhren), ist weder die Anwendung eines Gewichtes als Triebkraft noch eines Pendels als Regulator möglich. Als Triebkraft verwendet man die Elastizität eines langen, spiralförmig gewundenen Stahlbandes, der Stahl- oder Triebfeder, die in einem zylindrischen Gehäuse, Federhaus oder Trommel, eingeschlossen ist, derart, daß ein Ende der Feder an der Wand, das andre an der Achse des Federhauses, dem Federstifte, befestigt ist. Wird die Feder durch das Aufziehen gespannt und der Federstift festgehalten, so dreht die Elastizität der Feder das Federhaus und ein auf demselben angebrachtes Zahnrad herum und setzt so das Uhrwerk in Bewegung. Da die Elastizität mit dem Abwickeln der Feder aber abnimmt, so ist die Triebkraft nicht konstant, und daher würde auch der Gang der Uhr unregelmäßig sein. Um dies zu verhindern, läßt man die mittlern Windungen der Feder wirken, zieht sie also nicht ganz auf und läßt sie auch nicht ganz ablaufen. Dieses wird durch ein Sperrwerk, die sogen. Stellung, erreicht. Außerdem läßt man das Federhaus nicht direkt das Räderwerk treiben, sondern schaltet die sogen. Schnecke (Fig. 18) ein. Die Schnecke b ist ein kegelförmiger Körper, auf den sich die Kette c beim Aufziehen von der Trommel a abwickelt, und mit ihr ist das erste Rad d des Uhrwerks verbunden. Während des Ganges wickelt sich die Kette von der Schnecke ab und zwar vom obersten kleinsten Durchmesser beginnend. Je mehr die Kette sich abwickelt, wird mit der Abnahme der Spannkraft der Feder der Durchmesser der Kettenringe an der Schnecke und damit der Hebelarm, an dem die Zugkraft wirkt, größer, wodurch ein Ausgleich derart vollzogen wird, daß das Räderwerk immer mit derselben Kraft angetrieben wird. Am Schneckenrad ist ebenso wie beim Walzenrad der Pendeluhren ein Gegengesperre angebracht, um beim Aufziehen des Uhrwerks dieses in Gang zu halten. Als Regulator verwendet man bei den tragbaren Uhren an Stelle des Pendels eine schwingende Spiralfeder mit Schwungrad, die sogen. Unruhe oder Balance (Fig. 19). Das eine Ende der Spiralfeder ist auf der Grundplatte, das andre an der Achse des Schwungrades befestigt. Dreht man letzteres derart, daß die Spiralfeder gespannt wird, so sucht diese die Gleichgewichtslage wieder zu erreichen und versetzt dabei das Schwungrad in Bewegung. Dieses schwingt aber über die Gleichgewichtslage an denselben Bogen hinaus, und von hier aus erfolgt infolge der Elastizität der Spiralfedern eine gleichgroße Schwingung im entgegengesetzten Sinne; dieses Spiel würde sich, wenn keine Reibung oder kein Widerstand vorhanden wäre, ebenso wie beim Pendel dauernd wieder holen, derart, daß für jede Schwingung die gleiche Zeit erforderlich ist.

Um die Unruhe aber in Bewegung zu erhalten, ist ebenso wie beim Pendel ein Antrieb erforderlich, der durch das Triebwerk vom Federhaus aus erteilt wird. Die Anordnung des Räderwerks einer Taschenuhr ist aus Fig. 20 ersichtlich, in der der Übersichtlichkeit halber die beiden Platina x y und u u' weiter auseinander gerückt sind und außerdem das Federhaus und die Schnecke fortgelassen ist. A ist die Triebfeder, deren eines Ende am Säulenfuß u', das andre am Federstift oder der Federwelle B befestigt ist. Wird die Feder A gespannt, so gerät die Welle Bin Drehung und überträgt diese mittels des auf ihr sitzenden Sperrades auf das Rad C, dieses greift in das Trieb D und dreht damit das Rad E, und dies geht so fort von E auf F, G, G, H, K, L und das Hemmungsrad M.

Auf der Achse von D und E sitzt der Minutenzeiger m, dessen Bewegung durch das Vorgelege P Q R S auf den Stundenzeiger s übertragen wird. Das Rad K wird Kronrad, das Hemmungsrad M ebenfalls Steigrad genannt. In dieses greifen abwechselnd die Lappen i' der Spindel β, die von der Unruhe bald nach der einen, bald nach der andern Seite gedreht wird. An Stelle der Spindelhemmung ist in den Taschenuhren auch die Ankerhemmung (Fig. 21) getreten. Der Anker A, vom Steigrad C angetrieben und dieses wieder hemmend, wirkt als Antriebsarm, der die Unruhe B antreibt und sie darauf frei ausschwingen läßt, worauf sie beim Zurückschwingen ihrerseits das Auslösen der Hemmung mittels des ›Hebesteines‹ i bewirkt, sogleich aber dann nach der andern Seite hinaus geschwenkt wird.

Bei der von Tompion 1695 erfundenen Zylinderhemmung (Fig. 22) liegt statt vieler Zähne nur ein einziger zwischen den beiden Armen des Ankers, der durch die ausgekehlte Achse der Unruhe gebildet wird. Bei Chronometern wird die Chronometerhemmung von Earnshaw (Fig. 23) angewandt. Hier wird das Steigrad C durch die Sperrklinke A bei p gehemmt. Wenn die Unruhe B von ihrem Ausschwung nach der Pfeilrichtung zurückkehrt, rückt sie mittels des Zähnchens d und der Klinke D die Sperrung bei p aus; vorher ist aber der Ausschnitt b der Unruhe vor einen Radzahn getreten, so daß dieser der Unruhe bei einem Vorwärtsschreiten einen Antrieb erteilt, worauf sein Vorausgänger wieder bei p gesperrt wird; bei dem Rückschwung der Unruhe gibt die als zarte Feder gebaute Klinke D dem Zähnchen d nach und läßt es vorüberschlüpfen. Außer diesen Haupttypen der Hemmungen werden in den tragbaren Uhren noch andre verwandt, die mehr oder weniger Abänderungen der beschriebenen darstellen.

Auch die Unruhe ist in ihrer Schwingungsdauer von der Temperatur abhängig, da die Elastizität der Spiralfeder und damit auch die Schwingung mit zunehmender Temperatur kleiner wird, und weil außerdem die Dimensionen des Schwungrades selbst sich vergrößern. Um dies zu kompensieren, wird das Schwungrad der Unruhe nicht aus einem vollen Ringe gebildet, sondern es wird an den Enden eines Durchmessers durchschnitten, so daß an Stelle eines Vollkreises zwei Halbkreise entstehen (Fig. 24); außerdem wird es aus zwei zusammengelöteten Lamellen von verschiedenem Material (Stahl und Messing) derart hergestellt, daß das Material, dem der größere Ausdehnungskoeffizient zukommt (Messing), nach außen liegt.

Infolgedessen wird sich bei zunehmender Temperatur der Bogen der Unruhe nach innen krümmen und den wirksamen Halbmesser vermindern; damit werden die Schwingungen schneller und heben die durch die verminderte Elastizität der Spiralfeder veranlaßte Verlangsamung wieder auf, kompensieren sie. Durch Vorsetzung der Schrauben o und p läßt sich die Wirkung der Kompensation ändern. Die Schrauben a a' dienen zur Regulierung der Schwingungsdauer. Bei den Schiffschronometern, die auf der Reise häufig sehr große Temperaturänderungen erfahren, genügt die einfache Kompensation nicht zur Erzielung eines gleichförmigen Ganges, bei diesen werden dann noch besondere Hilfs- oder Zügelkompensationen an der Unruhe angebracht. In neuerer Zeit verwendet man mit gutem Erfolge auch Nickelstahl von geringem Ausdehnungskoeffizienten für die Spiralfeder und die Unruhe. Sollen die Uhren gegen magnetische Einflüsse geschützt sein, so verwendet man Spiralen am Palladium. Zur Regulierung des Ganges verändert man bei Taschenuhren die Länge der Spiralfedern, hierzu dient der Rücker, der sich mit einem Arm an den äußersten Umgang der Spiralfeder anlegt und so den schwingenden Teil begrenzt. Die Stellung des Rückers wird durch einen Zeiger auf einer über der Unruhe befindlichen Brücke angezeigt. Die beiden äußersten Stellungen sind gewöhnlich mit A (avance) und R (retard), in englischen Uhren mit F (fast) und S (slow) bezeichnet und zeigen die Richtung an, nach der man den Rücker drehen muß, um ein Vorgehen, bez. ein Zurückbleiben der Uhr zu erreichen. Das Gestell der Taschenuhren ist ein sogen. Kloben- oder Brückenwerk und besteht aus einer Grundplatte mit aufgeschraubten -förmig gestalteten Kloben und -förmigen Brücken oder Stegen. In den Kloben und Stegen einerseits und der Grundplatte anderseits sind die Zapfenlöcher für die verschiedenen Achsen des Uhrwerks angebracht; in bessern Uhren werden in diese Zapfenlöcher Edelsteine (Rubine, Saphire) eingesetzt, um die Reibung der Zapfen möglichst zu verringern.

Das Aufziehen der Taschenuhren geschah früher immer mit einem Schlüssel, der auf den Zapfen des Federhauses, bez. der Schnecke aufgesetzt wurde, und ebenso wurden die Zeiger durch Aufsetzen des Schlüssels auf die Minutenachse gestellt; jetzt ist der Schlüsselaufzug jedoch ganz verdrängt durch den Remontoir- oder Knopfaufzug, der zugleich auch die Zeigerstellung ausführt. Er hat den großen Vorteil vor dem Schlüsselaufzug, daß das Werk mehr vor dem Eindringen von Schmutz und Staub geschützt ist.

Die Gehäuse der Taschenuhren bestehen meist aus einem Gehäusereifen (Karrüre) mit Knopf (Pendant) und Bügel; auf einem Flansch des Reifens wird das Uhrwerk mit seiner Grundplatte durch Vorreiberschrauben befestigt (Gehäusepassung). Auf der einen Seite der Reifen ist ein Ring als Fassung für das Uhrglas; auf der andern Seite ist am Gehäusereifen der innere Staubdeckel (Küvette) befestigt, über die der eigentliche äußere Uhrdeckel zu liegen kommt. Häufig ist auch noch das Uhrglas mit einem besondern Deckel (Savonnette) versehen. Bei der ›Savonnette à guichet‹ erhält dieser Deckel zur Ablesung des Zifferblattes noch ein kleines Fenster und eine Stundenteilung.

Auch Taschenuhren werden mit Schlagwerk versehen, meistens aber nur als Repetieruhren, bei denen man durch Drücken eines Knopfes das Schlagwerk, das Repetierwerk, auslöst, das durch Schläge auf eine kleine Glocke die letzte volle Stunde und die seitdem abgelaufenen Viertelstunden anzeigt. Auch mit Kalenderwerken werden Taschenuhren ausgerüstet, die neben dem Datum, die Zeitgleichung, die Mondphasen u. dgl. angeben. Im allgemeinen sind diese Beiwerke aber als Spielereien zu betrachten, welche die Güte der Uhr, d.h. die Gleichmäßigkeit ihres Ganges, nur beeinträchtigen.

Um kurze Zeitabschnitte genau und bequem nennen und ablesen zu können, ein Bedürfnis, das außer für wissenschaftliche Zwecke namentlich bei Wettrennen u. dgl. auftritt, versieht man die Taschenuhren häufig mit Registriereinrichtungen aller Art und bezeichnet sie dann als Sekundenzähler, Chronoskope (s.d.) oder häufig fälschlich auch als Chronographen. Meistens sind diese Uhren mit einem springenden großen Zeiger ausgerüstet, der jede fünftel Sekunde weiterspringt. Gewöhnlich steht der Zeiger auf der Sekunde Null in Ruhe; drückt man beim Beginn des zu messenden Zeitraumes auf einen Knopf, so wird der Zeiger ausgelöst und springt nun vorwärts, bis er am Ende des Zeitraumes nach einem zweiten Druck auf den Knopf arretiert wird. Die Dauer des Zeitraumes kann dann bis auf Fünftel-Sekunden genau auf dem Zifferblatte abgelesen werden. Drückt man nun zum drittenmal auf den Knopf, so springt der Zeiger in die Ruhestellung auf Null zurück, und die Uhr ist zu einer neuen Messung bereit.

Weckeruhren sind Uhren, die zu einem bestimmten, jeweilig beliebig festzusetzenden Zeitpunkt ein lang andauerndes Schallsignal, ein Rasseln oder Läuten, verursachen, um schlafende Personen zu wecken. Das Werk der Weckeruhren hat ein besonderes Schlagwerk, das einen Hammer in eine sehr rasche Hin- und Herbewegung versetzt und so lange erhält, bis das Federtriebwerk, das jedesmal vor der Einstellung des Weckers aufgezogen werden muß, abgelaufen ist oder arretiert wird.

Wächterkontrolluhren nötigen den Wächter, zu regelmäßigen Zeiten seine Rundgänge zu machen, indem sie jede Abweichung von der Vorschrift erkennbar machen. Bei der Kontrolluhr von Bürk macht der Wächter mit verschiedenen, an den einzelnen Stationen in besondern Kästchen eingeschlossenen Schlüsseln auf einem in der Uhr sich bewegenden Papierstreifen Eindrücke, aus deren Ort in der Längsrichtung des Streifens auf den Zeitpunkt der Einwirkung, aus deren Ort in der Breite aber auf die Station geschlossen werden kann, an welcher sie erfolgt. Versäumt der Wächter eine Station, so fehlt ein derselben entsprechender Punkt auf dem Streifen.

Bei den Arbeiterkontrolluhren wird die Zeit des Betretens und des Verlassens der Arbeitsstelle auf eine Kontrollkarte des Arbeiters automatisch aufgedruckt.

Die Chronometer oder Seeuhren stellen die genauesten transportabeln Zeitmesser dar (vgl. Art. ›Chronometer‹. Ihr Werk ist größer gehalten als dasjenige der Taschenuhren, das Zifferblatt hat gewöhnlich einen Durchmesser von 8–10 cm; alle Teile des Werkes sind mit äußerster Sorgfalt gearbeitet und untersucht; namentlich gilt dies von der Hemmung, für die fast ausschließlich die oben beschriebene Chronometerhemmung von Earnshaw gebraucht wird, und von der Unruhe. Die Chronometer werden gewöhnlich in einem großen Chronometerkasten in zwei ineinanderhängenden Ringen (kardanischer Aufhängung) befestigt, um sie von den Schwankungen des Schiffes unabhängig zu machen; man nennt sie dann auch Boxchronometer.

Uhren III.

Erklärung zur Tafel ›Astronomische Kunstuhren‹.

Als man im 15. und 16. Jahrh. an Kirchen und Rathäusern der größern Städte Uhren errichtete, verlangte man von diesen, daß sie nicht nur die bürgerliche Sonnenzeit, sondern auch Kalenderangaben, den Lauf und die Phasen des Mondes, das Jahr, Datum und Wochentag etc. anzeigten, und so entstanden die astronomischen Kunstuhren, die auch meistens noch einige Spielereien, bewegliche Figuren etc., enthielten. Das älteste derartige Uhrwerk, 1356–61 erbaut, befindet sich in der Frauenkirche in Nürnberg; es zeigte zuerst das sogen. Männleinlaufen: auf dem Throne sitzt der Kaiser Karl IV., um ihn herum gingen beim Schlagen der vollen Stunde die sieben Kurfürsten, die sich unter dem Posaunenklange vor ihm verneigten. Ähnliche Werke befinden sich am Rathaus in Heilbronn, Jena, Bern, Ulm. Zu den vollkommensten gehört die Uhr am Altstädter Rathaus in Prag. Sie soll nach Fischer 1419 von Anton Pohl aus Sachsen, nach andern Quellen 1490 von einem Prager Uhrmacher Hanusch erbaut sein, befindet sich jetzt noch im Gang, wenn auch nach mehrfachen Unterbrechungen. Fig. 2 zeigt ihr jetziges Aussehen. Das obere Zifferblatt stellt die Erscheinungen der Sonnen- und Mondbewegung für den Horizont von Prag dar, das untere bildet die Kalenderscheibe. In der Mitte des obern Zifferblattes ist ein Teil der nördlichen Erdhemisphäre mit den Meridianen und Breitenkreisen sichtbar. Die Mitte des Zifferblattes entspricht genau der Lage von Prag, um sie schließt sich das feste Zifferblatt an, das zweimal die römischen Ziffern I-XII enthält, an denen der mit einer Sonne versehene Zeiger die mittlere Sonnenzeit angibt. Außerdem sind auf dem Zifferblatt noch gekrümmte Linien mit den arabischen Ziffern 1–12; der Schnittpunkt dieser Linien mit dem Sonnenzeiger gibt die Planetenstunden an. Die Grenzlinie für Auf- und Untergang ist mit Ortus und Occasus, für die Morgen- und Abenddämmerung mit Aurora und Crepusculum bezeichnet. Ferner trägt die mittlere Platte den exzentrisch angebrachten vergoldeten Tierkreis mit den Tierkreiszeichen, begrenzt von den Wendekreisen des Steinbockes und des Krebses. Dieser dreht sich in einem Sterntag einmal herum und infolgedessen bewegt sich die Sonne genau wie am Himmel durch die betreffenden Tierkreiszeichen. Eine Hand am Ende des Sonnenzeigers zeigt auf einem zweiten Zifferblattkreise, der die arabischen Ziffern 1–24 enthält, die altböhmischen Stunden an, die von Sonnenuntergang an gezählt werden. Ferner bewegt sich noch an einem zweiten Zeiger die Mondkugel über den Tierkreis und gibt so die jeweilige Stellung des Mondes an; die Phasen des Mondes werden außerdem noch von der Mondkugel direkt angezeigt. Unterhalb des Zifferblattes ist die Kalenderscheibe. Auf dem äußersten Ring ist der gregorianische Kalender angegeben mit den unbeweglichen Festen, das betreffende Datum wird durch einen Zeiger an der höchsten Stelle der Scheibe angegeben; weiter innen sind zwölf Bilder, die die Arbeiten des Landmanns in den betreffenden Monaten darstellen, und ganz innerhalb steht die Monatsangabe, die zwölf Zeichen des Tierkreises. Jedesmal, bevor die volle Stunde schlägt, werden zwei rechteckige Fenster oberhalb der Zifferblätter neben dem Engel beiseite geschoben, und die zwölf Apostel bewegen sich der Reihe nach an den Fenstern vorüber. Der Tod, der rechts neben dem Zifferblatt steht, läutet, bevor die Stunde schlägt, an einem Glockenstränge und kehrt schnell die Sanduhr um, dabei winkt er mit dem Schädel dem neben ihm stehenden Manne, der aber mit dem Kopfe schüttelt. Dem Tod gegenüber steht ein Geizhals mit dem Geldbeutel und ein Mann mit dem Spiegel, die Eitelkeit. Nachdem die Uhr die Stunden geschlagen hat, erscheint ganz oben ein Hahn und kräht dreimal. Ein ähnliches Werk baute Anton Pohl 1420 für das Rathaus in Olmütz, das Fig. 1 der Tafel in seinem Aussehen zeigt, das es nach der Renovierung von Korfhagen (1898) hat.

Das vollkommenste Kunstuhrwerk ist die Uhr im Straßburger Münster. Das älteste Uhrwerk wurde 1352 erbaut, ein zweites war 1574–1789 in Tätigkeit; die gegenwärtige Uhr (Fig. 8) wurde von Schwilgué erbaut und 1842 in Gang gesetzt. Unten am Boden befindet sich eine Himmelskugel, die alle Sterne bis zur sechsten Größe enthält und bei ihrer Rotation die jeweilige Sternzeit sowie den Auf- und Untergang und den Meridiandurchgang der Gestirne zeigt, auch die Präzession wird berücksichtigt. Hinter der Himmelskugel steht der Kalender, der Monat, Datum, Sonntagsbuchstabe, Heiligennamen und die beweglichen Feste angibt, Apollo und Diana zeigen auf das Datum. Die Umdrehung erfolgt in 365, im Schaltjahr in 366 Tagen, die gemeinen, Schalt- und Säkularjahre sind berücksichtigt. Mit dem Glockenschlage der Mitternachtsstunde am 31. Dez. versetzen sich die beweglichen Feste auf die ihnen im neuen Jahre zukommenden Tage. Im mittlern Kalenderraum wird die wahre Sonnenzeit, Auf- und Untergang von Sonne und Mond angegeben, ferner erkennt man die Finsternisse sowie die Mondphasen. Links davon finden sich die Angaben für die Abfassung der Kalender: die Jahreszahl wird durch vier Zifferringe mit den 0–9 angegeben, die sich in 10, bez. 100, 1000 und 10,000 Jahren einmal herumdrehen, ferner wird hier angegeben der Sonnenzirkel, die Goldene Zahl, die Römerzinszahl, der Sonntagsbuchstabe und die Epakten. Rechts vom Kalender werden die verschiedenen Ungleichheiten der Sonnen- und Mondbewegung angegeben, Zeitgleichung etc. Über dem Kalender erscheint die dem Wochentag entsprechende Gottheit, Sonntags Apollo, auf einem Wagen mit Sonnenpferden, Montags Diana in einem von einem Hirsch gezogenen Gefährt. Hierüber ist das Zifferblatt mit der Angabe der mittlern Zeit, daneben sind zwei Genien, von denen der eine mit einem Zepter auf einem Glöckchen die Viertel schlägt, während der andre alle Stunden ein mit Sand gefülltes Stundenglas umdreht. Darüber befindet sich ein Planetarium mit der Sonne im Mittelpunkt, das die Bewegungen der Planeten Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter und Saturn zeigt. Hierüber werden noch einmal die Mondphasen in großem Maßstabe gezeigt. Weiter oben sind die vier Lebensalter und der Tod dargestellt, von denen je eine Statue vortritt, ein Kind schlägt mit dem Thyrsus das erste Viertel, ein Jüngling in Jägertracht mit dem Pfeil die halbe Stunde, ein Mann als Krieger mit dem Schwerte die drei Viertel, endlich ein Greis mit der Krücke die vier Viertel, worauf der Tod, der in der Mitte steht, mit einem Knochen die Stunde schlägt. In der noch höher befindlichen Nische thront Christus, in der Linken das Siegesbanner, die Rechte zum Segen erhoben. Jeden Mittag um 12 Uhr ziehen die zwölf Apostel vor Christus vorüber und verneigen sich vor ihm, gleichzeitig kräht dreimal der Hahn, der auf dem Gewichtstürmchen neben dem eigentlichen Uhrwerk sitzt.

Uhren IV

Elektrische Uhren.

Die Anwendung der Elektrizität als Kraft in Uhrwerken erfolgte 1839, gleich nach der Erfindung des elektromagnetischen Telegraphen durch Steinheil und Wheatstone, welche die ersten elektrischen Uhren herstellten. Seitdem sind außerordentlich viele Systeme von elektrischen Uhren angegeben worden, die man nach der Rolle, welche die Elektrizität bei denselben spielt, in zwei Hauptgruppen trennen kann: 1) Systeme zur einheitlichen Zeitangabe, bei denen der elektrische Strom eine Verbindung zwischen zwei oder mehreren Uhren derart hervorbringt, daß die Zeiger aller Uhren die gleiche Zeit angeben. 2) Elektrische Pendeluhren, bei denen die Elektrizität die Triebkraft bildet, die den Antrieb auf das Pendel ausübt.

Bei den Systemen zur einheitlichen Zeitangabe ist immer eine Hauptuhr, Mutteruhr oder Normaluhr vorhanden, die elektrische Kontakte besitzt, durch die der elektrische Strom geschlossen wird, der auf die andern Uhren, die Nebenuhren, einwirkt und sie in Übereinstimmung mit der Hauptuhr erhält.

Als Hauptuhr benutzt man eine bessere Pendeluhr, die entsprechend dem geforderten Genauigkeitsgrad der Zeitangaben während mehrerer Tage oder Wochen die richtige Zeit innerhalb geringer Abweichungen anzeigt. Wird größere Genauigkeit gefordert, so muß eine astronomische Präzisionspendeluhr mit Kompensationspendel verwandt werden, die nach entsprechender Regulierung während einer Woche im allgemeinen nicht mehr als eine Sekunde von der richtigen Zeit abweicht. Die elektrischen Kontakte werden durch zwei Metallstücke, zwei Streifen oder einen Streifen und einen Stift, gebildet, die für gewöhnlich voneinander getrennt sind und nur durch die Bewegung des Uhrwerks zeitweilig miteinander in Berührung gebracht werden, und dann die Leitung des elektrischen Stromes schließen, die bei Öffnung des Kontaktes wieder unterbrochen wird. Da bei Öffnung und Schließung des elektrischen Stromes ein Funke an der Kontaktstelle entsteht, so verwendet man, um ein Verbrennen und eine Oxydation der Kontaktstelle zu verhindern, schwer schmelzbare Metalle (Platin, Iridium, Platiniridium etc.) zu den Kontakten und bringt kurz vor Öffnung des Kontakts entweder eine Schwächung des Stromes durch Einschaltung von Widerständen in die Leitung oder einen Nebenschluß hervor, so daß der Funke an der Kontaktstelle vermieden und diese rein erhalten wird, ein Haupterfordernis für den regelmäßigen Betrieb aller elektrischen Uhranlagen. Auch Quecksilberkontakte, bei denen ein Metallstift in einen Quecksilbertropfen eintaucht und den Stromschluß veranlaßt, verwendet man, namentlich wenn der Stromschluß jede oder jede zweite Sekunde erfolgen soll, jedoch bedürfen diese noch größerer Aufsicht als feste Kontakte. Als Stromquelle verwendet man galvanische Elemente, und zwar genügen Trockenelemente und Leclanché-Elemente für längere Zeit, wenn die Stromschlüsse nicht häufiger als jede Minute erfolgen und nur kurze Zeit anhalten, andernfalls sind Kupferelemente oder Akkumulatoren erforderlich. Bei den Uhranlagen der Gesellschaft ›Magneta‹ wird ein Induktionsstrom benutzt, der durch einen in der Hauptuhr angebrachten und von derselben ausgelösten Magnetinduktor erzeugt wird, so daß ein besonderes Instandhalten von Batterien bei diesem System nicht erforderlich ist. Fig. 1 zeigt die Anordnung einer elektrischen Uhrenanlage zur einheitlichen Zeitangabe. Auf der Steigradachse w der Normaluhr ist ein Zapfen (Stein) z befestigt, der in jeder Minute einmal seine tiefste Stellung erreicht, in der er die an der Klemme a befestigte Metallfeder f gegen einen auf die Metallfeder g gelöteten Kontaktstift andrückt und dadurch die Batterie B schließt. Bald darauf rückt z weiter, die Federn f und g trennen sich wieder, und der Strom wird unterbrochen. Bei geschlossener Batterie läuft der Strom in Richtung B, a, f, g, b, L zur elektrischen Nebenuhr I, von da durch L_... zur Nebenuhr II etc., endlich von der letzten eingeschalteten Uhr in die Erdplatte Pl, durch die Erde zurück zu Pl und zur Batterie. Nach der Art der Verbindung der Nebenuhren mit der Hauptuhr und der Art der Einwirkung des elektrischen Stromes unterscheidet man vier Systeme: 1) Elektrische Zeigerwerke oder Zifferblätter; 2) Nebenuhren mit elektrischer Ausrückung; 3) Uhren mit elektrischer Zeigereinstellung; 4) Synchrone, Sympathetische oder Sympathische Uhren.

Bei den elektrischen Zeigerwerken oder Zifferblättern dient der elektrische Strom direkt als Triebkraft zur Bewegung der Zeiger. Fig. 2 zeigt ein solches Zeigerwerk einfachster Form, wie es schon von Steinheil und Wheatstone (1839) gebraucht wurde. M M ist ein Elektromagnet, dessen Polen P, P ganz nahe gegenüber der um h drehbare Anker a a steht; die Abreißfeder f zieht ihn in die Ruhelage, wenn er von den Polen P, P nicht angezogen ist. R ist ein Zahnrad mit 60 Zähnen, auf dessen Lagerplatte e ein kleiner Sperrhaken d befestigt ist.

So oft ein Strom durch den Elektromagnet M M geht, wird der Anker a a angezogen und durch den Stößer c ein Zahn des Rades R fortgestoßen. Die Schneide b fällt dabei sofort sperrend in eine Zahnlücke ein, während zugleich der federnde Haken d in die nächste Zahnlücke einfällt, um bei Unterbrechung des Stromes zu verhindern, daß das Rad R selbst wieder mit zurückschnappt. Bei jedem Durchgang des Stromes durch die Leitung L L wird daher das Rad Rum einen Zahn fortbewegt und erfährt daher bei 60maligem Stromschluß eine volle Umdrehung. Die Achse des Rades R trägt den Minutenzeiger und treibt mit Räderübersetzung den Stundenzeiger.

Um das Zeigerwerk daher dauernd in Betrieb zu erhalten, muß der Kontakt der Hauptuhr jede Minute einmal den elektrischen Strom schließen. Wesentlich zuverlässiger sind die Zeigerwerke mit polarisiertem Anker, die durch Ströme wechselnder Richtung betrieben werden. Sie sind von Stöhrer und Fritz zuerst gebaut und später namentlich von Grau vervollkommt (Fig. 3 u. 4). E ist der Elektromagnet mit den beiden Polschuhen 1 und k, a b ein kräftiger Magnet, zwischen dessen Polen der Anker auf einer Messingachse d e befestigt ist. Der Anker besteht aus zwei gleichen Teilen g i und h f aus weichem Eisen, die den Polen des Hufeisenmagnets a b gegenüberstehen und von diesen magnetisiert werden. Geht nun durch den Elektromagnet ein Strom, der den Polschuhen die gleiche Polarität verleiht wie den gegenüberstehenden Ankerstücken g i und h f, so wird der polarisierte Anker abgestoßen und um 90° gedreht, in welcher Lage er durch ein Gesperre festgehalten wird. Wenn nun in der nächsten Minute ein Strom von entgegengesetzter Richtung den Elektromagnet durchfließt, so wird der Anker dennoch in gleichem Sinne gedreht, weil auch dessen Stellung zu den Polschuhen sich bei der vorigen Bewegung umgekehrt hat. Die Rotation des Ankers wird durch ein auf die Achse d e aufgesetztes Zahntrieb auf den Minuten- und Stundenzeiger des Zifferblattes übertragen. Bei dem Wechselstromzeigerwerk von Bohmeyer (Fig. 5) stehen zwei weiche Eisenkerne a b auf dem Pol c des Hufeisenmagnets d, so daß sie beständig magnetisch sind. Dicht bei c befindet sich der um seine Achse schwingbare Eisenanker e f, der den weichen Eisenkernen entgegengesetzt polarisiert ist, solange kein Strom durch die Spulen geht. Bei Stromschluß wird der eine Eisenkern südlich, der andre nördlich magnetisch, so daß einer anziehend, der andre abstoßend auf den Anker wirkt und ihn nun herumwirft. Bei dieser seiner Bewegung dreht er mittels der Klinke m und deren Gestänge i, die mit dem Rade und der Nachbarklinke zusammen ein sogen. Teilgesperre bilden, das 30zähnige Minutenrad um eine halbe Teilung vor. In der nächsten Minute wechselt der Strom, wobei Klinke n das Minutenrad um eine halbe Teilung weiterschiebt. Die Stifte o und p sperren die Klinken fest. Der große Weg des Ankers bewirkt, daß der Zeiger nicht geschnellt, sondern langsam fortbewegt wird. Die polarisierten Zeigerwerke haben den Vorteil, daß sie durch irgendwie in der Leitung auftretende fremde Stromschlüsse, wie z.B. bei Blitzschlägen, nicht dauernd gestört werden können. Hat der auftretende Strom dieselbe Richtung wie der Batteriestrom, so erzeugt er keine Bewegung; bei entgegengesetzter Richtung rücken allerdings die Zeiger um eine Minute weiter, der darauf folgende Batteriestrom findet nun aber seine Arbeit schon verrichtet, und die Uhr zeigt wieder die richtige Zeit an.

Sind die von der Hauptuhr zu treibenden Nebenuhren von beträchtlicher Größe, wie bei öffentlichen Uhren, Turmuhren u. dgl., so reicht die Kraft des von der Hauptuhr kommenden elektrischen Stromes nicht mehr zur direkten Bewegung des Zeigerwerkes aus. In diesem Falle verwendet man Uhren mit elektrischer Ausrückung. Die Triebkraft des Uhrwerks bildet dann ein ablaufendes Gewicht, doch ist das Räderwerk für gewöhnlich gesperrt und mit einer elektrischen Auslösevorrichtung verbunden, deren Elektromagnet mit dem Kontakt der Hauptuhr in Verbindung steht. Wird der Elektromagnet vom. Strome durchflossen, so wird durch den Ankeranzug die Sperrung des Räderwerks aufgehoben, die Zeiger des Zifferblattes rücken um eine Minute weiter und werden dann von neuem gesperrt. Auch hier wird mit Vorteil eine Auslösevorrichtung mit polarisiertem Anker benutzt. Eine solche Einrichtung ist bei der Rathausuhr in Hamburg ausgeführt.

Bei den elektrischen Zeigerwerken und den Uhren mit der elektrischen Ausrückung bildet der elektrische Strom entweder direkt oder mittelbar die Triebkraft der Uhr. Tritt daher ein Ausbleiben oder eine wesentliche Schwächung des Stromes auf, wie bei Leitungsunterbrechungen, Erschöpfung der Batterien, Ableitungen, Oxydieren der Kontakte etc., so bleiben alle Uhren zugleich stehen. Aus diesem Grund empfiehlt sich die Aufstellung solcher Zeigerwerke oder von Uhren mit Ausrückung nur in nicht zu großer Entfernung von der Hauptuhr, also z.B. innerhalb eines Hauses oder eines Häuserblocks, um die ganze Anlage bequem unter Aufsicht und von Störungen möglichst frei halten zu können. Bei größerer Entfernung von der Hauptuhr benutzt man den von derselben ausgehenden elektrischen Strom nicht mehr als Triebkraft, sondern als Gangregler. Tritt dann einmal eine Unterbrechung des Stromes auf, so werden die Nebenuhren nicht gleich alle stehen bleiben, sondern sie werden in ihrer Zeitangabe weiter fortfahren, allerdings mit geringerer Genauigkeit, was in den meisten Fällen gegenüber dem Stehenbleiben doch einen großen Vorteil bedeutet. Hierher gehören die Uhren mit elektrischer Zeigerstellung. Die Nebenuhren sind dann vollständig selbständige Uhren, deren Zeigerwerk in gewissen, beliebig festzusetzenden Zeitabschnitten durch den von der Hauptuhr kommenden Strom wieder richtig eingestellt wird, falls seine Angabe von der richtigen Zeit abgewichen ist. Bei dem Stundensteller von Hipp (Fig. 6) dient ein kleiner Elektromagnet M dazu, mittels eines Ankers A von Zeit zu Zeit den bei r gesperrten Hebel h fallen zu lassen. Dieser bei x drehbare Hebel h trägt eine Gabel k, die beim Fallen des Hebels den auf der Seitenfläche des Stundenrades R sitzenden Stift v faßt und so das Rad auf die volle Stunde 12 oder 6 einstellt, darauf aber so viel durch Federkraft zurückspringt, daß er v frei läßt. Seine volle Hebung geschieht durch einen der zwei auf der Stirnfläche des Stundenrades Z angebrachten Stifte, die bei a angreifen. Die Wirkung des Stromes erfolgt alle 6 Stunden. Der Stromkreis des Elektromagnets M ist nämlich nur dann geschlossen, wenn einer der Stifte y auf die Nase c der Kontaktfeder d drückt, wodurch diese mit der zweiten Feder b in Berührung kommt und dadurch den Stromkreis L₁ und L₂ schließt. Die elektrischen Stundensteller von Siemens u. Halske berichtigen die Zeigerstellung stündlich, indem der Strom zunächst für einen kurzen Augenblick ein kleines Werk auslöst, das die Zeiger faßt und richtig einstellt. Außerdem kann man von der Hauptstation aus durch Entsendung von Stromstößen mittels einer Taste die Zeiger der abhängigen Uhr aus falscher Stellung auf die volle Stunde einstellen. Man kann dadurch die Uhr fast um eine halbe Stunde vor- oder zurückstellen. Ähnlich ist die Regulierung der Nebenuhren bei den zentralen städtischen Uhrenanlagen, welche die Gesellschaft ›Normalzeit‹ in mehreren europäischen Städten ausgeführt hat, doch erfolgt bei diesen zugleich eine automatische Vergleichung der Nebenuhren durch automatische Abgabe von Kontrollsignalen nach der Zentralstelle. Die Methode der elektrischen Zeigerstellung ist zuerst von Bain angegeben.

Bei den Synchronen oder Sympathetischen Uhren wirkt der von der Hauptuhr ausgehende elektrische Strom ebenfalls als Gangregler, und zwar wirkt er unmittelbar auf die Pendel der Nebenuhren ein und veranlaßt eine Gleichzeitigkeit der Pendelschwingungen und damit eine vollständige Übereinstimmung der Uhrangaben innerhalb eines geringen Bruchteils einer Sekunde.

Beim Pendel A der Hauptuhr (Fig. 7) ist ein elektrischer Kontakt J angebracht, der bei jedem Ausschwingen des Pendels nach links, bei einem Sekundenpendel also jede zweite Sekunde, geschlossen wird. Neben dem Pendel jeder Nebenuhr B, B₁,_... ist nun ein Elektromagnet b, b₁,_... seitlich aufgestellt, so daß das Pendel mit dem an seinem untern Ende unterhalb der Pendellinie befestigten, als Anker dienenden Eisenstück c, c₁,_... jede zweite Sekunde über den Elektromagnet kommt. Jede zweite Sekunde erhalten nun die Elektromagnete den Strom der Batterie P, nachdem die Hauptuhr den Kontakt J geschlossen hat, und üben eine anziehende Wirkung auf die Anker c, c₁,_... aus. Ist das Pendel der Nebenuhr zu spät in seiner Schwingung, so wird es beschleunigt, ist es aber zu früh und will bereits wieder umkehren, so wird es gewissermaßen zurückgehalten; auf diese Weise werden die Pendelschwingungen der Nebenuhren vollkommen in Übereinstimmung mit denjenigen der Hauptuhren gehalten.

Dieses System der Synchronisation, der Nebenuhren ist schon von Steinheil angegeben und besonders von Jones (1865) ausgebildet worden.

Es ist das beste System, wenn es sich um Zeitübertragungen von großer Genauigkeit handelt, da bei ordnungsmäßiger Einrichtung die Uhren nur um einen kleinen Bruchteil der Sekunde abweichen können, und es wird namentlich bei den öffentlichen Uhren mit Sekundenangabe benutzt, die in verschiedenen größern Städten und Hafenorten in unmittelbare Verbindung mit einer Sternwarte aufgestellt wird, so bei den Normaluhren der Sternwarten in Berlin, Hamburg, Brüssel, Antwerpen, Greenwich, Edinburg etc.

Die zweite Gruppe der elektrischen Uhren benutzt den elektrischen Strom zum Antrieb. Es sind dies die elektrischen Pendeluhren, bei denen das Pendel durch den Anzug eines Elektromagnets, ähnlich wie bei den Sympathetischen Uhren, in Schwingung erhalten wird. Fig. 8 zeigt eine solche elektrische Pendeluhr von Weare. A ist das Uhrpendel, NB S ein Stahlmagnet. Auf der Linse E ist ein Elektromagnet, auf einer Messingplatte mit den Vorsprüngen a, a' ruhend, befestigt. Das eine Ende des Spulenrades ist mit dieser Messingplatte, das andre mit einem Draht hinter der Pendelstange verbunden, der an der Aufhängungsfeder des Pendels befestigt ist, und steht mit dem von dieser Feder auslaufenden, außerhalb des Gehäuses bei der Klemme z mündenden Leitungsdraht h in Stromvorbindung. Der Stahlmagnet seinerseits steht an jedem seiner beiden Pole durch eine kleine goldene Spiralfeder f f' mit der Klemme K in Verbindung; zwischen der Klemme z und K ist die Batterie eingeschaltet. Sobald nun das Pendel dem Pol N genähert wird, schließt es mit der Feder den Strom, und dieser läuft über K b f a durch die Windungen des Elektromagnets und aufwärts zur Feder g und durch h nach z. Die Windungen des Elektromagnets sind derart gewählt, daß sich bei dieser Richtung des Stromes bei a ein Nordpol, bei a' ein Südpol bildet. Es wird daher der nach der Linken gelangte Elektromagnet von dem Pol N zurückgestoßen, und diese Abstoßung überwindet wegen der größern Nähe die von S nach a' gerichtete Abstoßung. Das Pendel schwingt daher nach der Rechten zurück, wobei der Strom unterbrochen wird. Jene Abstoßung hört nun auf, das Pendel aber geht vermöge der Trägheit über die Ruhelage hinaus nach der Rechten und nähert sich dem Südpol S, und es kommt nun die umgekehrte Wirkung zustande. Das Pendel erfährt daher bei jeder Schwingung einen Antrieb.

Die Hippsche Pendeluhr (Fig. 9) besitzt ein Pendel P, das in dem Punkt A mittels einer Stahlfeder aufgehängt ist und die schwere Scheibe L mit dem Eisenanker c trägt, der möglichst nahe über dem Elektromagnet M schwingt. Die Pendelstange ist in halber Höhe gekröpft, um dem quergefurchten Gleitstück a aus Achat Raum zu geben. Über dasselbe hin schleift beim Ausschwingen des Pendels das Schäufelchen p (s. Vorderansicht), das bei o an den Stahldraht f angelenkt ist. Dieser ruht für gewöhnlich auf dem nichtleitenden Stifte s. Ist aber der Pendelausschlag so klein geworden, daß der Achatstein nicht mehr über das Schäufelchen hinaustritt, so hebt das Pendel beim Rückschwung mittels der Verzahnung in a und des Schäufelchens p den Draht in die Höhe und bringt ihn bei m in leitende Berührung mit dem zweiten Draht f', worauf der Strom aus der Batterie E den Elektromagnet M durchläuft und dieser das Pendel kräftig anzieht. Bei seinem vergrößerten Ausschlag läßt es sofort den Draht f wieder unberührt, hebt aber auch den Stromschluß bei m wieder auf. Die Verbindung d e' verhindert, daß bei m ein Unterbrechungsfunke entsteht, indem sich f' einen Augenblick auf s' legt, bevor der Kontakt m geöffnet wird.

Bei diesen elektrischen Pendeluhren ist der Antrieb abhängig von der Stärke der Batterie, und daher wird mit dem allmählichen Verbrauch der Batterie der Antrieb wechseln und der Gang der Uhr sich ändern. Einen stets gleichen Antrieb erhält man, wenn man nach dem Vorgang von Féry den Elektromagnet nicht durch einen Batteriestrom erregen läßt, sondern durch einen Induktionsstrom, der dadurch erzeugt wird, daß ein fester Magnet einer Induktionsspule genähert und entfernt wird. Der entstehende Strom hat dann immer die gleiche Stärke, und daher wird der Antrieb auf das Pendel auch immer gleich stark sein.

Außer zum direkten Antrieb des Pendels wird der elektrische Strom auch zum Aufziehen des Gewichtes der Pendeluhren verwandt. Hierfür gibt es eine große Reihe von Konstruktionen. Sobald das Gewicht eine gewisse Strecke herabgesunken ist, schließt es mit einem Kontakt einen elektrischen Strom, der ein besonderes Aufzugwerk auslöst und das Gewicht wieder aufzieht und sich dann selbsttätig wieder ausschaltet.

Über die elektrischen Zeitsignaleinrichtungen, Zeitbälle etc. vgl. den Artikel ›Zeitbestimmung und Zeitausteilung‹.