Erklärung des Mechanismus einer Pendeluhr und wie diese die Zeit mißt.
Die Maschinerie der Pendel- und Taschenuhren ist so eingerichtet, daß die gezahnten Räder, welche den wesentlichen Bestandtheil der Uhren ausmachen, ihre Umläufe in steter gleichförmiger Bewegung machen und daß die von ihren Axen gestützten Zeiger die Zeittheile des Zifferblatts, welches in gleiche Abschnitte abgetheilt ist, anzeigen. Wir wollen nun so kurz und deutlich als möglich angeben, wie man diese Maschinen einzurichten hat, um vermöge ihrer Hilfsmittel die Zeit messen zu können.
Die erste Figur auf der ersten Tafel stellt das Profil einer Wanduhr (Pendeluhr) vor. P ist ein Gewicht, welches an einem Faden hängt, der sich um den Cylinder oder die Trommel C windet, die an der Axe a a befestigt ist, deren Zapfen b b in die Löcher laufen, welche an den Platinen T S, T S, gemacht sind und in denen sie sich drehen.
Diese Platinen sind zwei messingne Platten, welche durch die vier Pfeiler Z Z vereinigt worden sind. Diese Zusammensetzung mit allen diesen vorerwähnten Theilen nennt man das Gestelle. Das Gewicht P bezweckt die Umdrehung des Cylinders C so, daß, wenn er nicht gehemmt würde, sein Umlauf so schnell seyn würde, daß er der Bewegung, welche das Gewicht P, wenn es frei ohne Hemmung fallen sollte, haben würde, gleich kommen müßte. Um diesem aber auszuweichen, ist dieser Zylinder mit einem gezahnten Rad (Sperrad) R R (auch Hemmrad genannt) versehen. Die rechte Seite dieser Zähne strebt gegen ein Stück, welches man den Sperrhaken (oder Sperrkegel) nennt, welcher mittelst einer Schraube an das Rad D D befestigt ist, wie an der Figur 2. zu ersehen ist, so daß die Bewegung des Gewichts sich dem Rade D D mittheilt. Die Zähne des Rades fallen oder greifen in die Zwischenräume der Zähne ein, die an dem kleinen Rad d so formirt sind, daß sie dessen Umdrehung vermittelst der Zapfen c c bewirken.
Eingriff nennt man die Berührung oder Verbindung der Zähne des einen Rades mit denen eines anderen und Getriebe heißt ein kleines Rad wie das, welches mit dem Buchstaben d bezeichnet ist und mehrentheils 6 Zähne hat. Gewöhnlich sind die Getriebe von Stahl und mit ihrer Axe aus dem Ganzen ausgearbeitet.
Das Rad E E ist auf der Axe des Getriebes d befestigt; es geht also die vom Gewicht am Rad D D gehemmte Bewegung zum Getriebe d über und theilt sich so dem Rade E E mit; dieses letztere greift in das Getriebe e ein, welches das Rad F F trägt, das in das Getriebe f, auf dessen Axe das Steigrad G H sitzt, eingreift und demselben seine Schwungkraft mittheilt; die Zapfen des Getriebes f gehen nicht in den an den Platinen gemachten Löchern, wie die andern Räder, sondern in den Löchern, die an den Stücken L M, welche in waagrechter Richtung an die Platine T D S befestigt sind, gemacht worden. Es geht sonach endlich der Druck des Gewichtes vom Rad G H auf das Stück I K über, welches seine dadurch modificirte Kraft dem Stücke A B, mittelst des Armes (oder Stange) U X mitheilt. Perpendikel (auch bloß Pendel genannt) nennt man das Stück A B, dessen Haken nach A zu am Faden A hängt. Der Pendel A B beschreibt um den Punkt A hin- und wiedergehende Zirkelförmige Bewegungen. Wenn man diesen Pendel anstößt und ihn von seinem Ruhepunkt fortbewegt, so treibt ihn die Schwere seiner Linse durch den Widerstand der Luft und des Fadens aus seinem Bogengang allmählig zu seinem Ruhepunkt zurück. Obschon bei jedem Schlag des Pendels die Zähne des Steigrades G H sich gegen die Paletten (Flügelstangen) I K stemmen, so daß, nachdem ein Zahn H seine Kraft auf die Palette K geworfen, diese dem Zahn den Durchgang gestattet, und der diametralisch entgegengesetzte Zahn auf dieselbe Weise seinen Durchgang durch die Palette I ausführt, so wird der Pendel doch keineswegs dadurch gehemmt, sondern, anstatt still zu stehen, fährt er fort sich zu bewegen und die Räder zu treiben.
Das Rad E E vollbringt seinen Umlauf in 1 Stunde, der Zapfen c dieses Rades läuft mitten durch die Platine und dehnt sich bis r aus; über diesen geht gedrängt ein Rohr, welches das Rad N N trägt. Dieses Rohr dient dazu, an seinem Endpunkt r den Minutenzeiger aufzunehmen; das Rad N greift in das Rad O ein, welches das Getriebe p trägt, dieses greift wieder in das Rad q q ein, welches an einem Rohr, das über das Rad N gezogen ist, befestigt worden ist. Das Rad q macht seinen Umgang in 12 Stunden und sein Rohr trägt den Stundenzeiger.
Hieraus folgt, daß
1) das Gewicht P die Räder in Umlauf bringt und die Bewegung des Pendels unterhält,
2) die Schnelligkeit der Räder durch die Pendelschläge bestimmt wird, und
3) die Räder dazu da sind, die durch den Pendel abgemessenen Zeittheile anzuzeigen.
Beweger oder die bewegende Kraft nennt man das Gewicht P oder jedes andere Treibmittel, welches die Bewegung der Räder und des Pendels unterhält.
Regulator nennt man die Linse oder Pendel A B, deren Bewegung den Gang der Räder in Ordnung erhält.
Vibration (Schwingung oder Schlag), nennt man die Bewegung, welche der Pendel macht indem er von der Rechten zur Linken geht. Diese Bewegung ersieht man deutlich, wenn man den Pendel oder überhaupt die Uhre von der Vorderseite betrachtet; denn der Pendel im Profil, wie er auf der ersten Figur dargestellt ist, bewegt sich immer nach einem und demselben Plan, so daß man seine Bewegung fast gar nicht gewahr wird.
Räderwerk nennt man die Räder und Getriebe, die sich im Innern der Gestells befinden und ihre Bewegungen dem Pendel mittheilen.
Hemmung nennt man die Art von Eingriff, den die Zähne des Rades G H in die Paletten I K machen.
Das Rad G H nennt man Hemm-, auch Steigrad, und das Hemmungsstück ist das mit I K X U bezeichnete Stück.
Wenn der Faden, an welchem das Gewicht hängt, sich ganz vom Cylinder losgewunden hat, so bedient man sich eines Schlüssels, um das Gewicht dahin wieder aufzuwinden. Diesen Schlüssel setzt man in den viereckigen Zapfen Q ein, und indem man ihn von der der Tiefe des Gewichts entgegengesetzten Seite dreht, rollt man den Faden des Gewichts wieder auf den Cylinder. Zu diesem Behuf entfernt die geneigte Seite der Zähne des Sperrades R (Fig. 2) den beweglichen Sperrhaken C, so daß während der ganzen Zeit, als das Gewicht wieder im Steigen begriffen ist, das Sperrad sich besonders an dem Rade D dreht; sobald aber das Gewicht vollends aufgezogen ist, so wirkt dieses auf das Sperrad, dessen rechte Seite der Zähne von neuem sich gegen das Ende des Sperrhakens stemmt, welcher das Rad D mit dem Cylinder in Umlauf bringt. Die Feder A dient dazu, den Sperrhaken in die Zähne des Sperrades einzuschieben.
Nun will ich noch erklären, wie es möglich ist, daß das Rad E, dessen Axe den Minutenweiser trägt, seinen Umgang gewiß in einer Stunde vollbringen kann und wie man eine Pendeluhr dahin bringen kann, daß sie schneller oder langsamer gehe. Zuvor muß man aber wissen, daß die Schwingungen oder Schläge eines Pendels um so viel langsamer sind, je länger derselbe ist, so daß ein Pendel, der 3 Fuß 8‡ L. von A bis B (Fig. 1.) lang ist, in einer Stunde 3600 Schläge oder Sekunden zu Wege bringt (weshalb man ihn auch Sekundenpendel nennt), während ein Pendel von 9 Zoll 2º L. 7200 Schläge in einer Stunde oder 2 Schläge in jeder Sekunde macht. Deshalb nennt man auch einen solchen Pendel einen Halbsekundenpendel.
Man ersieht also daraus, daß es durchaus nothwendig ist, daß man, wenn man ein Rad dahin bringen will, in einer gewissen Zeit seinen Umlauf zu vollbringen, die Zeit der Schläge des Regulators beobachten muß. Wollen wir nun annehmen, der Pendel A B mache in einer Stunde 7200 Schläge, so werden wir dadurch erfahren, daß dem Rad E zu seinem Umgang eine Stunde gestattet ist, und diese Bestimmungen überhaupt von der Anzahl der Zähne der Räder und Getriebe bedingt werden. Gibt man dem Steigrad 30 Zähne, so dreht es sich einmal, während der Pendel 60 Schläge thut; denn bei jedem Umlauf des Rades begegnet ein und derselbe Zahn der Paletten I und K einmal, was den Pendel 2 Schläge thun läßt. Wenn also das Rad 30 Zähne hat, so bringt es zweimal 30 oder 60 Schläge hervor. Dieses Rad muß also 120 Umläufe in einer Stunde machen, weil 60 Schläge, welche es bei jedem Umlauf macht, 120 mal in 7200 Schlägen enthalten sind, die der Pendel oder Perpendikel stündlich macht.
Um nun die Anzahl der Zähne der Räder E F und ihrer Getriebe e f zu bestimmen, muß man bemerken, daß das eine Rad E seinem Getriebe e so viel Umgänge machen läßt, während es einen macht, als die Anzahl der Zähne des Getriebes in der Zahl der Zähne des Rades enthalten sind; denn angenommen, daß das Rad E 72 Zähne und das Getriebe e nur 6 habe, so macht das Getriebe 12 Umläufe, während das Rad nur einen macht, was ganz augenscheinlich gegründet ist, denn jeder Zahn des Rades läßt einen Zahn des Getriebes fortschreiten: sobald also das Getriebe um 6 Zähne des Rades fortgeschritten ist, was einen Umgang desselben ausmacht, so ist das Rad erst um 6 Zähne fortgegangen; ehe es also seinen Umlauf vollenden kann, hat es noch 66 Zähne zu durchlaufen, in welcher Zeit sich das Getriebe noch 11 mal dreht; rechnet man nun hierzu noch den einen Umgang, den es schon gemacht hat, so ergibt sich, daß es sich 12 mal umdreht, während das Rad sich nur einmal umdreht; aus denselben Gründen wird das Rad F, welches 60 Zähne hat, dem Getriebe f, von 6 Zähnen, 10 Umgänge machen lassen. Sonach macht also das durch das Getriebe e gestützte Rad F 12 Umgänge, während das Rad E nur einen macht, und das Getriebe f macht 10 Umgänge, während das Rad E nur einen macht; das Getriebe f macht 12 mal 10 Umgänge für einen des Rades E, was 120 in Summa macht; aber das Rad G, welches durch das Getriebe f getragen wird, verursacht bei jedem Umgang, den es macht, dem Pendel 60 Schläge. Dieses Rad G also läßt dem Pendel, während das Rad E einen Umgang macht, 60mal 120 Schläge thun, was summarisch 7200 Schläge ausmacht. Diese Summe ist dann die Anzahl der Schläge, welche der Pendel in einer Stunde macht, und das Rad E braucht also gerade eine Stunde zu seinem Umgang. Wie hier, so ist es auch in allen anderen Fällen.
Da das Rad E in einer Stunde sich einmal dreht, so läßt sich leicht begreifen, wie lange eine solche Maschine bis zu ihrem Ablauf gehen kann; denn wenn das Rad D 80 und das Getriebe d 10 Zähne hat, so macht das Rad einen Umgang, während das Getriebe deren 8 macht und braucht sonach das Rad D 8 Stunden zu seinem Umgang; wenn daher der Pendelfaden 3 Umgänge um den Cylinder macht, so braucht das Gewicht zu seinem Fall 24 Stunden; wenn der Faden 6 Touren um den Cylinder gemacht hat, braucht das Gewicht 2 Tage und so fort. Nimmt man aber an, das Rad D habe 96 Zähne und das Getriebe d deren 8, so braucht das Rad 12 Stunden, um sich einmal zu drehen; wenn also der Faden sich 16 mal um den Cylinder geschlungen, so geht die Pendeluhr 8 Tage ununterbrochen fort. Wenn man endlich noch ein Rad und noch ein Getriebe zu dem Räderwerk der Pendeluhr hinzufügte und das Rad D anstatt in das Getriebe d einzugreifen, in das neu dazu gekommene Getriebe und das durch selbiges gestützte Rad in das Getriebe d eingriffe, so würde eine solchermaßen eingerichtete Pendeluhr noch weit länger gehen als vorher, denn gesetzt das Zusatzrad habe 96 und das Getriebe d 8 Zähne, so braucht dieses Rad 12 Stunden zu einem Umgang, und hat das zugesetzte Getriebe 8 und das Rad D 80 Zähne, so wird dieses Getriebe 10 Touren machen, während das Rad D nur eine macht. Macht also nun das zugesetzte Rad, welches dieses Getriebe trägt, eine Tour in 12 Stunden, so braucht das Rad D 10 mal 12 Stunden zu seinem Umgang, was in Summa 5 Tage oder 120 Stunden macht. Hat der Pendelfaden 7 Gänge um den Cylinder gemacht, geht die Pendeluhr 35 Tage, ohne daß man sie aufzuziehen braucht.
Es folgt daraus, daß man den Zeitlauf einer Maschine verlängern kann, indem man
1) Die Zähne der Räder vermehrt,
2) die Zahl der Zähne des Getriebes vermindert,
3) Die Umgänge des Pendelfadens um den Cylinder vervielfacht und endlich
4) noch Räder und Getriebe hinzusetzt;
dabei ist jedoch zu bemerken, daß, jemehr man den Zeitlauf einer Maschine verlängert und das Gewicht bei diesen Vermehrungen immer unverändert bleibt, die Bewegungskraft, welche sich dem Rade G H mittheilt, in denselbem Maße sich mindert.
Nun will ich mich noch etwas über die Anzahl der Räder, welche die Weiser tragen und die man deswegen Zeigerräder nennt, auslassen:
Das Rad E macht in einer Stunde einen Umgang; das Rad N N, welches auf der Achse des Rades E sitzt, macht also in derselben Zeit ebenfalls einen Umgang. Das Rohr dieses Rades trägt, wie ich schon erwähnt, den Minutenzeiger. Das Rad N hat 30 Zähne und greift in das Rad O ein, welches auch 30 Zähne hat und von gleichem Durchmesser ist. Dieses Rad braucht eine Stunde zum Umlauf und trägt das Getriebe p, welches 6 Zähne hat; dasselbe greift in das Rad q q ein, welches 72 Zähne hat; das Getriebe p macht also 12 Umgänge, während das Rad q q nur einen macht. Das Rohr dieses Rades trägt den Stundenzeiger.
Was ich hier über die Umdrehungen der Räder und den Zeitlauf der Pendeluhren gesagt habe, läßt sich auch auf gleiche Weise auf die Taschenuhren in Anwendung bringen.
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