Uhren

Die ersten rein mechanischen Uhren wurden zwar erst vor etwa 700 Jahren gebaut, aber Vorrichtungen zur Bestimmung der Tageszeit gab es schon vor über 3000 Jahren. So war die Sonnenuhr, bei der der Schatten eines von der Sonne beschienenen Stabes auf einer Skala die Tageszeit anzeigt, bereits um 1450 v. Chr. den Ägyptern bekannt. In einem chinesischen Schriftstück wird um 200 v. Chr. eine Wasseruhr erwähnt. Die Zeiteinheit ergab sich aus der Dauer, die das Wasser benötigte, um aus der engen Öffnung eines Gefäßes auszufließen. Nach demselben Prinzip arbeitet die Sanduhr, ihre Herkunft ist ungewiss. Im Mittelalter erfand man die Sternuhr. Bei bedecktem Himmel war man auf Kerzen- und Öluhren angewiesen, sie trugen Markierungen, an denen die Brenndauer abgelesen werden konnte. Mechanische Uhren
Als mechanische Uhr kann sicherlich auch schon die »Klepsydra« aus dem 3. Jahrhundert v. Chr. angesehen werden, im engeren Sinne zählt man dazu jedoch erst die Zahnraduhren, wie sie im 13. Jahrhundert aufkamen. Die ersten Zahnraduhren waren große Kirchturmuhren, die von langsam niedersinkenden Gewichten angetrieben wurden. Sie besaßen ein Drehpendel als Gangregler, das über die »Hemmung« für den gleichmäßigen Lauf von Räderwerk und Zeiger sorgte. Die, Hemmung besteht aus einem Anker und einem Steigrad mit Zähnen. Der Anker ist mit einem Drehpendel verbunden, er schwingt ständig hin und her und greift so in das Steigrad ein, dass es sich bei jeder Schwingung um zwei Zähne weiterdreht. Beim Eingreifen in das Rad erhält der Anker und damit das Pendel jedes Mal einen kleinen Stoß, der seine Schwingungsamplitude aufrechterhält. Zunächst hatten die Uhren nur Stundenzeiger, aber bald auch Minutenzeiger und häufig auch ein Schlagwerk, das zu jeder vollen Stunde – später auch alle Viertelstunde – eine oder mehrere Glocken ertönen ließ. Als Antrieb setzte man bei kleineren Uhren auch Spiralfedern anstelle von Gewichten ein. Unruh und Pendel als Gangregler
Die Ganggenauigkeit der ersten Uhren war noch relativ schlecht. Einen bedeutenden Fortschritt brachte die Einführung der Unruh und des Pendels. Der Nürnberger Mechaniker Peter Henlein (1480-1542) entwickelte um 1510 tragbare Federuhren (sog. Sackuhren) in Dosenform, in denen er bereits die Funktionen der Unruh berücksichtigte. Kleine eiförmige Taschenuhren – als »Nürnberger Ei« bezeichnet – kamen erst später auf. Um 1675 erfand der niederländische Wissenschaftler Christian Huygens (1629-95) die eigentliche Federuhr mit Unruh. Ebenfalls ein Drehpendel, ist die Unruh jedoch mit einer Spiralfeder gefesselt, die ihr eine ganz charakteristische Schwingungsdauer verleiht. Durch die Länge der Spiralfeder lässt sich die Schwingungsdauer beeinflussen. Die Unruh war jedoch nur für kleine Uhren als Gangregler geeignet. Für große Uhren fand Christian Huygens 1657 eine gleichwertige Lösung, die auf einen Hinweis von Galileo Galilei (1564-1642) zurückging: Er baute eine Pendeluhr, bei der ein gleichmäßig schwingendes Schwerependel als Gangregler fungierte. Durch die Konstruktion des Ankers bedingt, brauchte das Pendel nur kleine Ausschläge zu machen, zudem ließ sich seine Schwingungsdauer ebenfalls justieren, indem man die wirksame Pendellänge durch Verschieben des Pendelkörpers geringfügig veränderte. Im Laufe der Zeit stiegen jedoch die Ansprüche an die Ganggenauigkeit. Da die Reibung – sowohl in den Lagern der Zahnradwellen als auch zwischen den Zahnrädern selbst – die Ganggenauigkeit verschlechterte, bemühte man sich, jene so gering wie möglich zu halten. Durch entsprechende Zahnformen (Zykloidenverzahnung) und Edelsteinlager wurde man dieser Forderung gerecht. So ist die Zahl der Edelsteinlager (aus Rubinen oder Saphiren) ein Maß für die Güte einer mechanischen Uhr. Aber nicht nur die Reibung, auch die Temperaturdehnung der Unruh oder des Pendels stellten sich als Fehlerquelle heraus. Um 1715 erfand George Graham (1673-1751) ein Pendel mit Temperaturkompensation, 1753 gelang John Harrison (1693-1776) eine entsprechende Verbesserung bei der Unruh. Elektrische Uhren
Jahrhundertelang waren mechanische Uhren mit Unruh oder Pendel als Gangregler der Standardzeitmesser. Heute jedoch hat sich mit den elektrischen Uhren ein völliger Wandel vollzogen. Anfangs ersetzte man nur den Antrieb durch einen Elektromotor, dann benutzte man Synchronmotoren, die – vom Wechselstromnetz mit seiner konstanten Frequenz von 50 Hertz gespeist – einen Gangregler überflüssig machten. Zudem setzte sich neben Zeigerwerk und Zifferblatt immer mehr die Digitalanzeige mit Faltblättern durch. Vollelektronische Digitaluhren mit einem schwingenden Quarzkristall als Gangregler gehören zu den neuesten Zeitmessern. Die hochfrequenten Quarzschwingungen werden durch integrierte Schaltkreise bis auf eine Schwingung pro Sekunde heruntergeteilt und zur Ansteuerung der Ziffernanzeige (Leuchtdioden oder Flüssigkeitskristall) benutzt. Die Gangabweichung beträgt schon bei billigen Armbanduhren weniger als etwa 1 Sekunde pro Tag. Hohe Ganggenauigkeit und leichte Ablesbarkeit sind bei der Analogquarzuhr kombiniert, deren Zeigerwerk von einem winzigen elektrischen Schrittmotor getrieben ist. Die höchste Ganggenauigkeit erreicht die Atomuhr – etwa eine dreihunderttausendstel Sekunde pro Tag.

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Info 22.11.2017 17:41
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