elektrische Uhren

Carl August Steinheil (1801-1870)
In 1839 baute Karl August Steinheil, Professor an der Münchener Universität, eine mechanische Hauptuhr, in der unter dem Pendel eine Kontakwippe angeordnet war.
Diese Hauptuhr stand im pädagogischen Institut von München und sendete elektrische Signale zu einer Nebenuhr, die sich in der Sternwarte von Bogenhausen befand, etwa 2 Kilometer entfernt.

Die Nebenuhr war mit einem Dauermagnet und einer Spule versehen. Die Spule verschob den Magnet, der auf einem Anker befestigt war, der wiederum die Zeiger der Nebenuhr antrieb

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Wenn das Pendel durch die Nulllage schwingt, stößt die Pendelspitze an eine Wippe, deren Kontaktstifte in ein darunter befindliches Quecksilberbad eintauchen. Durch die kluge Anordnung der Kontakte, erfunden durch den deutschen Mathematiker und Physiker Karl Friedrich Gauss (1777-1855), wurde bei jeder Schwingung die Richtung des elektrischen Stromes geändert, damit entgegengesetzte Signale zur Nebenuhr gesendet wurden.

Zum erstenmal in der Geschichte wurde mit nur einer Uhr die gleiche Zeit an zwei weit von einander entfernten Orten angezeigt.

Steinheil schlug auch die Errichtung großer Schleifen elektrischer Leitungen vor, um eine einheitliche Zeit in den großen Städte anzuzeigen. Nach seiner Meinung würden Signale alle halbe Minute oder Minute ausreichen. Außerdem schlug er vor, mit den elektromagnetischen Strömen, die ein am Pendel angebrachter Magnet beim Schwingen in einer feststehenden Spule erzeugt, kleinere Nebenuhren anzutreiben. Auch hatte er die Idee, eine Hauptuhr zu verwenden, um andere verschieden lange Pendel alle 2 Minuten zu synchronisieren.

Steinheil war der erste, der Elektrizität in der Uhrmacherei anwendete und Zeitsignale übertrug.

Den Grundstein für die Entwicklung elektrischer Uhren legte jedoch Alexander Bain, ein Uhrmacher aus Edinburgh.

Alexander Bain (1810-1877)
In 1840 brachte Alexander Bain, der in 1837 nach London gekommen war, einige Modelle einer elektrische Uhr zu Charles Wheatstone, Professor der Physik am King's College. Bain hätte nicht zu einem schlechteren Mann gehen können. Wheatstone gab Bain £5, versprach ihm später mehr und empfahl ihm, weitere Arbeit hinauszuschieben und mit niemand darüber zu sprechen. Im November 1840 stellte Wheatstone in der Royal Society in London ein Modell vor, das er als seine Entwicklung angab.

Jedoch einen Monat eher, im Oktober 1840, hatten Alexander Bain und sein damaliger Partner, der Chronometerhersteller John Barwise, das erste Patent einer elektrischen Uhr in England beantragt. Das Patent von Bain wurde 1841 bewilligt und Wheatstone war gezwungen, sein Modell zurückzunehmen. Dieses war der Anfang eines lebenslangen Streits zwischen Bain und Wheatstone.

In seinem Patent Nr.8783 von 1841 erwähnte Bain etliche Anwendungen der Elektrizität in der Uhrmacherei, wie:
- die Verwendung von Elektromagneten um Energie in einem Gewicht oder in einer Blattfeder zu speichern,
- die Verwendung von Elektromagneten um Nebenuhren anzutreiben,
- das Pendel zur Kontaktgebung zu benutzen um andere Uhren aufzuziehen,
- die Verwendung einer Hauptuhr um die Pendel anderer Uhren zu regulieren,
- die Verwendung einer Hauptuhr um andere Uhren zu synchronisieren.

Uhr Bain Am Ende seines Patents beabsichtigte Bain die einheitliche Verteilung der Zeit in England. In dieser Abbildung sehen wir Bains ersten Entwurf einer elektrische Uhr. Das Sekundenpendel wird durch ein einfaches mechanisches Uhrwerk angetrieben. Eine kleine Metallklammer gleitet auf der Oberfläche eines Metallstreifens entlang, der durch ein isolierendes Material in zwei Abschnitte getrennt ist. Auf diese Weise wird jede Sekunde ein Kontakt geschlossen und die elektrischen Signale werden zur Nebenuhr übermittelt.
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Es dauerte noch bis 1843 (Patent Nr.9745) und 1845 (Patent Nr.10838), dass Bain begann, elektromechanische Uhren zu bauen.
Jedoch enthielten diese Uhren noch viele Probleme, wie eine schlechte Kontaktbildung und ihre Abhängigkeit vom Zustand der Batterie.

Die Abbildung hier zeigt solch eine Uhr, aber diese ist viel späteren Datums.

Charles Wheatstone (1802-1875)
Charles Wheatstone, Erfinder der Wheatstone Brücke, war Professor der Physik, als Bain zu ihm kam um Rat zu seiner elektrischen Uhr zu erhalten. Das Modell, das er der Royal Society im November 1840 zeigte, bestand aus einem einfachen mechanischen Uhrwerk. commutator
Neben der Hemmung war ein Messingrad angeordnet, in dessen Umfang sechzig Schlitze geschnitten und mit hölzernen Segmenten gefüllt waren. Jede Sekunde schloss eine Feder einen Kontakt und die elektrischen Signale wurden zur Nebenuhr übermittelt.

Das System, das hier benutzt wurde, ist ein Urkommutator, der viel später im Dynamo und im Motor verwendet wurde, aber für eine Uhr wegen seiner Reibung ziemlich ungeeignet war.

Gleichzeitig als Wheatstone dieses Modell zeigte, beschrieb er auch eine andere Uhr, in der Faradays magneto-elektrische Ströme benutzt werden. Diese Uhr wird später beschrieben.

Matthäus Hipp (1815-1893)
Hipp
Um 1842 herum erfand Matthäus Hipp aus Reutlingen, Deutschland, die berühmte Hipp Toggle oder Schmetterlingshemmung, aber erst in 1869 beantragte er dafür ein Patent in den USA. 1849 wurde seine Bewerbung als Direktor der Uhrmacherschule in Furtwangen aus politischen Gründen abgelehnt. Daher entschied sich Hipp 1852, Deutschland zu verlassen und der schweizerischen Telegraphenfirma beizutreten, um kurz danach deren Direktor zu werden.

Neben seiner Funktion als Direktor dieser staatseigenen Firma bechäftigte er sich noch immer mit der Entwicklung von Präzisionsuhren und wissenschaftlischer Instrumente. Eine seiner Erfindungen war das Chronoskop, ein Instrument, das ein Ereignis mit einer Genauigkeit von einer tausendstel Sekunde messen kann.

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Seine Uhren hatten einen großen Erfolg und deshalb gründete er 1860 sein eigenes Geschäft in Neufchâtel. Wegen der großen Zuverlässigkeit seiner Uhren wurden seine Systeme der elektrischen Uhren in viele Städten benutzt.

In seinen frühen Uhren hängt die Klinge noch zusammen mit dem Anker unter der Pendellinse. Die Klinge kann beim hin und her pendeln über eine Kerbe gleiten, die an der oberen von zwei Kontaktfedern angebracht ist. Infolge der allmählich abnehmenden Schwingungsweite des Pendels fällt die Klinge schließlich in diese Kerbe und drückt den Federkontakt an die untere Feder, wodurch der Elektromagnet Spannung erhält. Der Elektromagnet befindet sich ein wenig neben der Nulllage und wenn er seinen Anker anzieht, wird die Schwingungsweite des Pendels erhöht. Hauptuhr Hipp

In den neueren Modellen hängt die Klinge an der Kontaktfeder und die Palette, mit der Kerbe, ist am Pendel angebracht. Die Kontaktfedern befinden sich jetzt oberhalb der Pendellinse. Animation

Ein Hebel wird durch das Pendel angehoben, während es nach links schwingt. Wenn das Pendel nach rechts rückkehrt, dreht eine Klinke das Schaltrad. Die Zeiger des Zifferblatts werden durch das Schaltrad angetrieben.

Obwohl die Energie für die Kontaktbetätigung dem Pendel entnommen wird, geschieht dies nur gelegentlich in größeren Zeitspannen. Der Elektromagnet zieht an, wenn das Pendel seine Nulllage durchschreitet, wenn seine kinetische Energie im Maximum ist und die Störung der Freiheit des Pendels praktisch unwesentlich ist.

Hipp war der erste, der ein Schaltrad in der Uhrmacherei einsetzte.

Die Entwicklungsgeschichte der elektrischen Uhren