elektrische Uhren

Carl August Steinheil (1801-1870)
In 1839 errichtete Karl August Steinheil, Professor an der Münchener Universität, eine mechanische Hauptuhr, in der ein Schwingkontakt unter seinem Pendel gepaßt war.
Diese Hauptuhr befand sich in das pädagogische Institut von München und emittierte elektrische Signale zu einer Nebenuhr, die in der Sternwarte von Bogenhausen auf einem Abstand von etwa 2 Kilometern geplatzt war.

Die Nebenuhr war mit einem dauerhaften Magnet und einer Spule versehen. Die Spule verschob den Magnet, befestigt auf eine Ankerhemmung, die die Zeiger der Nebenuhr antrieb.

                                   Animation

Wenn das Pendel durch die Nulllage schwingt, wird ein Schwingstab gekippt und macht elektrisch Kontakt mit einem Quecksilberbad darunter geplatzt. Durch den Gebrauch einer kluger Schaltung, erfunden durch den deutschen Mathematiker und Physiker Karl Friedrich Gauss (1777-1855), wurde an jeder schwingung die Richtung des elektrischen Stromes geändert, damit entgegengesetzte Signale zur Nebenuhren gesendet wurden.

Zum ersten Mal in der Geschichte wurde mit nur einer Uhr, die gleiche Zeit gezeigt auf unterschiedlichen Platzen, ganz weit von einander.

Steinheil schlug auch vor die Anlage großen Schleifen der elektrischen Leitungen, um eine universale Zeit in den großen Städte zu zeigen. Nach seiner Meinung würden Signale jeder halbe Minute oder Minute genügend sein. Außerdem schlug er vor mit den elektromagnetischen Strömen, erzeugt durch einen Magnet, der zum Pendel angebracht wurde und in und aus einer örtlich festgelegten Spule schwingt, zu benutzen um Nebenuhren zu treiben. Auch nennte er die Idee um eine Hauptuhr zu verwenden um andere Pendeln der verschiedenen Längen jede 2 Minuten zu synchronisieren.

Steinheil war der erster, der Elektrizität anwendete in der Uhrmacherei und Zeitsignale übertragen hat.

Jedoch sollte Alexander Bain, ein Uhrmacher aus Edinburgh die Base bilden für die elektrischen Uhren.

Alexander Bain (1810-1877)
In 1840 nahm Alexander Bain, der in 1837 nach London gekommen war, einige Modelle einer elektrische Uhr zu Charles Wheatstone, Professor der Physik am King's College. Leider für Bain könnte er nicht zu einem schlechteren Mann gegangen sein. Wheatstone gab Bain £5 mit einer Versprechung von mehr und empfahl ihm, weitere Arbeit hinauszuschieben und mit jedermann darüber zu sprechen. Im November 1840 demonstrierte Wheatstone ein Modell, angenommen als seinen eigenen Design, zu den Royal Society in London.

Jedoch der vorhergehende Monat, hatten Alexander Bain und seiner Partner zu dieser Zeit, der Chronometerhersteller John Barwise, das erste Patent einer elektrische Uhr in England beantragt. Das Patent von Bain wurde in 1841 bewilligt und Wheatstone wurde gezwungen sein Modell zurückzunehmen. Dieses war der Anfang eines lebenslänglichen Streites zwischen Bain und Wheatstone.

In sein Patent Nr.8783 aus 1841 vorsah Bain die meisten Anwendungen der Elektrizität zu der Uhrmacherei, wie:
- der Gebrauch der Elektromagneten um Energie in einem Gewicht oder in einer Blattfeder zu speichern
- der Gebrauch der Elektromagneten um Nebenuhren anzutreiben
- das Pendel zu benutzen um Kontakte zu operieren um andere Uhren aufzuziehen
- der Gebrauch einer Hauptuhr um die Pendeln anderer Uhren zu regulieren
- der Gebrauch einer Hauptuhr um andere Uhren zu synchronisieren

Am Ende seines Patents beabsichtigte Bain die universale Verteilung der Zeit in England. In dieser Abbildung sehen wir Bains erste Auffassung einer elektrische Uhr. Das Pendel ist vom Sekunden Schlag, angetrieben durch ein einfaches mechanisches Uhrwerk. Eine kleine Konsole reibt hin und her entlang die Oberfläche eines Metallstreifens, die durch ein isolierendes Material eingesloßen ist. Auf diese Weise wird jede Sekunde ein Kontakt gesloßen und werden die elektrischen Signale zur Nebenuhr übermittelt.
Animation

Es dauerte noch bis 1843 (Patent no.9745) und 1845 (Patent no.10838) ehe Bain elektromechanischen Uhren gebaut hat.
Jedoch enthielten diese Uhren noch viele Probleme, wie eine schlechte Kontaktbildung und ihre Abhängigkeit auf dem Zustand der Batterie.

Die Abbildung zeigt solch eine Uhr, aber diese ist ein viel neuere Datum.

Charles Wheatstone (1802-1875)
Charles Wheatstone, Erfinder der Wheatstone Brücke, war Professor der Physik, als Bain zu ihm kam für Rat auf seiner elektrische Uhr. Das Modell, daß er dem Royal Society im November 1840 gezeigte , bestand aus ein einfaches mechanisch Uhrwerk. commutator
Neben die Hemmung war ein Messingrad, mit sechzig Schlitzen in seiner Peripherie geschnitten und mit hölzernen Segmenten gefüllt, geplatzt. Jede Sekunde sloß eine Feder ein Kontakt und würden die elektrischen Signale zur Nebenuhr über-mittelt.

Das System, daß hier benutzt würde, ist ein Urkommutator, viel später bestimmt für den Dynamo und Motor, aber für eine Uhr wegen seiner Friktion ziemlich unmöglich.

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 worden.

Matthäus Hipp (1815-1893)
Herum 1842 erfand Matthäus Hipp aus Reutlingen, Deutschland, die berühmte Hipp Toggle oder Schmetterlinghemmung, aber es war nicht bis 1869, daß er ein Patent in den US beantrug. In 1849 wurde seine Anwendung für Direktor der Uhrmacherschule in Furtwangen aus politischen Gründen abgelehnt. Folglich entschied Hipp in 1852, Deutschland zu verlassen und sich mit der schweizerischen Telegrahen-Gesellschaft zu verbinden, um kurz nach der Direktor zu bekommen. Neben seiner Funktion bei dieser staatseigenen Firma fuhr er fort, zu arbeiten auf hoch Präzisionsuhren. Resultierend aus seinem Erfolg als Uhrmacher und Erfinder begann er in 1860 sein eigenes Geschäft in Neufchâtel. Seine Uhren hatten einen großen Erfolg und wegen ihrer großen Zuverlässigkeit wurde sein System der elektrischen Uhren in viele kontinentale Städte angebracht.

In seinen frühen Uhren hängt die Klinge noch am Anker, der gerade unter das Pendel befestigt ist. Die Klinge läßt sich hin und her schleppen über eine Kerbe, die an die obere Feder von zwei Kontaktfedern angebracht ist. Resultierend aus dem stufenweise abnehmenden Bogen des Pendels engagiert sich die Klinge schließlich diese Kerbe und zwingt die Feder in Kontakt mit der unteren Feder und damit wird der Elektromagnet bekräftigt. Der Elektromagnet ist ein wenig weg der Nulllage gestellt und wenn seiner Anker angezogen wird, wird den Bogen des Pendels erhöht.

In den neueren Modellen hängt die Klinge an die Kontaktfeder und ist die Palette, mit der Kerbe, zum Pendel angebracht. Die Kontaktfedern sind jetzt oben der Linse des Pendels gestellt. Animation

Ein Hebel wird durch das Pendel angehoben während es nach links schwingt und wenn das Pendel nach rechts rückkehrt wird eine Klinke den Schaltrad drehen.
Die Zeiger des Zifferblatts werden durch das Schaltrad verschoben.

Obgleich die Energie, die erfordert wird um Kontakt zu bilden, vom Pendel genommen wird, gescheht dieses nur gelegentlich in breiten Zeitspannen. Der Elektromagnet wird angezogen, wenn das Pendel seine Nulllage durchschreitet, wenn seine kinetische Energie an seinem Maximum ist und die Störung zur Freiheit des Pendels praktisch unwesentlich ist.

Hipp war der erster um ein Schaltrad zur Uhrmacherei einzusetzen.

Die Entwicklungsgeschichte der Elektrischen Uhren