Titel: Garnier's elektrische Uhren.
Autor: Becquerel, Alexandre Edmond
Fundstelle: 1848, Band 110, Nr. XXXVI. (S. 177–184)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj110/ar110036

XXXVI. Bericht des Hrn. Edmund Becquerel über die elektrischen Uhren von Paul Garnier.

Aus dem Bulletin de la société d'Encouragement, Juni 1848, S. 311.

Mit Abbildungen auf Tab. IV und v.

Seit einigen Jahren vermehren sich die Anwendungen der Elektricität auf die Künste in dem Maße, als man die Wirkungsweise dieses geheimnißvollen Agens mit mehr Sorgfalt studirt. Die auf die Mechanik bezüglichen Anwendungen desselben beruhen größtentheils auf dem Magnetisiren eines weichen Eisenstabes, und zwar durch einen elektrischen Strom, welcher durch einen um den Eisenstab gewundenen Leitungsdraht geführt wird. Das plötzliche und wiederholte Magnetischmachen eines Elektromagnetes bringt eine Reihe von Anziehungen eines Ankers von weichem Eisen hervor, und kann also eine hin- und wiederkehrende Bewegung erzeugen, welche sehr leicht durch verschiedene mechanische Combinationen in eine kreisförmige zu verwandeln ist. Dieß ist das Princip, welches man bei der Construction der meisten elektrischen Telegraphen und Uhren bisher angewendet hat. Obgleich nun alle derartigen Instrumente auf dem wiederholten Magnetischmachen eines weichen Eisenstabs beruhen, so ist doch damit noch lange nicht gesagt, daß alle diese Apparate einander gleichen; gerade an der Wirkungsweise der verschiedenen Theile einer jeden solchen Maschinerie, und an der Art wie die Kraft fortgepflanzt wurde, kann man das Talent des Constructeurs erkennen.

Hr. Paul Garnier (Uhrmacher in Paris, rue Taitbout No. 8 und 14) hat durch seine bereits ausgeführten Instrumente die Aufgabe gelöst, die von einer Normaluhr angegebene Zeit einer gewissen Anzahl von secundären Uhren oder chronometrischen Apparaten so mitzutheilen, daß alle genau mit der Normaluhr gehen, ohne daß irgendeine Temperaturveränderung hiebei einen Einfluß ausüben könnte.

Die Normaluhr ist eine gewöhnliche Uhr und hat den Zweck, einen elektrischen Strom in der Minute so oft zu unterbrechen als man will. Diese Normaluhr hat auf der Steigradachse einen Stern von Stahl mit mehr oder weniger Strahlen, je nachdem man eben mehr oder weniger Unterbrechungen hervorbringen will. In geringer Entfernung von dem Sterne befindet sich ein Getriebe auf dessen Achse kleine Flügel befestigt sind, die durch ein Hülfräderwerk in Bewegung gesetzt werden. |178| Je größer die Zahl dieser Flügel ist, desto länger kann das Hülfsräderwerk gehen ohne aufgezogen zu werden. Will man eine gewöhnliche Uhr statt einer Normaluhr anwenden, so können die Räder des Schlagwerkes als Hülfsräderwerk dienen. (Das Schlagwerk geht natürlich dabei verloren.) Der Zapfen des Getriebes geht durch die hintere Platte der Uhr hindurch, und es ist hier auf denselben ein kleiner Hebring aufgesteckt, welcher ebensoviele Daumen hat als Flügel vorhanden sind. Da die Flügel den Strahlen des Sternes begegnen, so gestattet die Bewegung der Steigradachse die drehende Bewegung des kleinen Heberinges. Ein Hebel mit Feder, der sich an den Hebring anlegt, wird jedesmal gehoben, so oft ein Daumen des Hebringes senkrecht auf dem Hebel steht. Diese abwechselnde Bewegung des Hebels bringt eine Unterbrechung der Berührung eines Plättchens von reinem Golde mit einer gehärteten und polirten Stahloberfläche hervor. Da der elektrische Strom in Folge der Berührung dieser beiden Metalle hergestellt ist, so wird derselbe auch durch jedes Aufhören der Berührung unterbrochen. Die Aufgabe der gewöhnlichen oder Normaluhr ist demnach keine andere, als den elektrischen Strom in regelmäßigen Zeitabschnitten zu unterbrechen.

Jeder chronometrische Apparat oder jede elektrische Uhr hat an ihrer Basis einen Elektromagnet, durch dessen Drahtumwindungen der elektrische Strom geht. Ein Anker von weichem Eisen wird jedesmal angezogen, so oft der Strom durch den Draht geht, und nimmt seine frühere Stellung wieder an, wenn der Strom unterbrochen ist. Um zu vermeiden daß der Anker und der Elektromagnet an einander hängen bleiben, bringt man zwischen beide, wie gewöhnlich, ein Blättchen sehr feines Papier. Der Anker ist mit einem Hebelarme in Verbindung, welcher eine Feder und eine Sperrklinke trägt, die in ein Sperrrad eingreift. Jede Anziehung des Magnets bringt eine Bewegung des Hebelarms hervor, wodurch das Sperrrad um einen Zahn vorwärts bewegt wird. Jede Bewegung um zwei Zähne zugleich wird durch einen Aufhälter unmöglich gemacht.

Hinsichtlich der einzelnen Details des Apparates verweise ich auf die unten folgende Beschreibung der Abbildungen. Ich will hier nur noch bemerken, daß Hr. Garnier von der Idee ausging, daß der für die Regulirung der Uhr wesentlichste Theil, nämlich der Pendel, in seiner Bewegung durch den elektrischen Strom nicht gehindert werden dürfe. Deßhalb bediente sich derselbe eines Hülfsräderwerks zum Herstellen und Unterbrechen des Stroms, statt nach dem Vorschlage mehrerer Physiker direct auf den Pendel zu wirken. Außerdem findet nur |177| alle 5–6 Secunden eine Unterbrechung statt, so daß der Einfluß des elektrischen Mechanismus auf die Uhr dadurch verringert wird. Wesentlich neu an den Apparaten von Garnier ist die Einrichtung des Sperrrades in der elektrischen Uhr, welches für jede Magnetisirung nur um einen Zahn vorrücken kann, und die Unterbrechungsart des elektrischen Stromes in der Normaluhr. Man könnte vielleicht fürchten, daß das Zusammenhängen des Goldes und Stahles einen störenden Einfluß auf den Gang der Normaluhr äußern könnte, jedoch scheint es, nach dem Gange der Apparate während mehrerer Monate, daß diese beiden Metalle durch die Berührung keine Veränderung erlitten haben, und es ergab sich deßhalb auch keine Störung in den Angaben der Uhr.

Nachdem wir nun von den chronometrischen Apparaten gesprochen haben, müssen wir auch angeben wie der elektrische Strom von solcher Stärke erzeugt wird, daß er die Apparate Monate, ja selbst Jahre lang ohne Unterbrechung in Gang erhält.

Die geringe elektrische Kraft, welche zum Magnetisiren der kleinen angewandten Elektromagnete nothwendig ist, gestattete dem Erfinder Batterien von Zink- und Kupferstreifen anzuwenden, die mit Sand umgeben sind, welcher durch eine Salmiaklösung mäßig angefeuchtet wird. Einer der Apparate ging zwei und einen halben Monat lang mit einer Batterie, welche sich in einem mit Sand gefüllten Fäßchen befand, und brauchte täglich nur 4,6 Gramme Zink und 6,6 Gr. Salmiak, was täglich 2½ Centimes beträgt, oder sich im Monate auf 75 Centimes beläuft (das Kilogramm Zink zu 70 Centimes und den Salmiak zu 3 Fr. per Kilogr. gerechnet).19 Hr. Garnier errichtete seitdem Batterien |180| welche noch länger im Gange bleiben und aus mehreren Kupfer- und Zink-Streifen bestehen, so daß man nur die einzelnen Streifen durch neue zu ersetzen braucht, um die Batterie zu erneuern ohne ihren Gang zu unterbrechen. Hr. Garnier fand, daß die erwähnten Batterien sich zu diesem Zweck am besten eignen, da der durch dieselben erzeugte Strom in ziemlich langer Zeit nur sehr wenig schwächer wird. Um jede Unterbrechung in dem Gange der Instrumente zu vermeiden, könnte man die Anordnung treffen, daß die Batterie alle drei oder alle sechs Monate erneuert würde. Die Dimensionen und die Anzahl der nöthigen Metallstreifen, um ein System von Uhren im Gang zu erhalten, läßt sich nur angeben, wenn man die Zahl der chronometrischen Apparate, d. h. den Widerstand, welcher sich dem elektrischen Strome entgegensetzt und die Kraft kennt, welche nöthig ist um die einzelnen Elektromagnete wirksam zu machen.

Die erforderliche ununterbrochene Erzeugung von Elektricität kann also nicht als ein Mangel der elektrischen Uhren betrachtet werden. Man könnte diesem Systeme der Chronometrie noch den Vorwurf machen, daß dasselbe den Unregelmäßigkeiten einer einzigen Uhr, nämlich der Normaluhr unterworfen ist, und daß wenn zwanzig oder dreißig Uhren an eine einzige angehängt sind, diese alle stehen bleiben, sobald die Normaluhr zu gehen aufhört. Es ist jedoch kein Grund vorhanden, warum die Normaluhr ihren Dienst versagen sollte, und wenn dieß zufällig der Fall wäre, so könnte man, da die Verbindungsdrähte des Stroms sehr leicht abzunehmen sind, die stehengebliebene Normaluhr durch eine andere für diesen Fall in Bereitschaft gehaltene sehr schnell ersetzen.

Wir sahen die Uhren des Hrn. Garnier im Gang, und die Einfachheit dieses Systems läßt keinen Zweifel, daß dasselbe in solchen öffentlichen Anstalten in Gebrauch kommen wird, wo eine große Anzahl von Uhren erforderlich ist, die alle genau dieselbe Zeit angeben sollen; so ist z. B. dieses System bereits von der provisorischen Verwaltung der Lyoner Eisenbahn angenommen worden. Der Anschaffungspreis |181| der chronometrischen Apparate ist viel geringer als von Uhren, welche nur durch mechanische Mittel mit einander verkuppelt sind.

Beschreibung der elektrischen Uhr.

In Fig. 1 Tab. IV bezeichnet A die Gestellplatte mit den vier Verbindungssäulen der Normaluhr. Auf derselben ist ein Räderwerk im Grundriß aufgezeichnet, welches sich nur wenig von dem Räderwerk einer gewöhnlichen Uhr unterscheidet.

B Federhaus der Uhr. B′ Federhaus des Hülfsräderwerks.

C Stundenrad. C′Großes Bodenrad.

D Mittelrad welches das Zeigerwerk trägt; D′ Zwischenrad.

E Rad welches das Steigrad bewegt; E′ Zwischenrad.

F Steigrad mit Stiften.

G Arme des Ankers.

Auf der Steigradachse F befindet sich ein Stern f von hartem Stahl, dessen Zweck später erwähnt werden wird.

H Getriebe, mit welchem drei kleine Flügel h, h, h verbunden sind, die den Zähnen des Sterns f begegnen. Der gegenüberliegende Zapfen des Getriebes H geht durch die Platte AFig. 2 und hier ist auf denselben ein kleiner Hebring mit drei Daumen a fest aufgesteckt, BFig. 2 Winkelhebel, welcher auf einen Zapfen aufgesteckt ist, so daß er sich um den Punkt c dreht. Auf dem Arme b liegt ein Gegenhebel auf, welcher zum Theil von Kupfer, zum Theil von hartem Stahl gemacht ist. C″ ist ein Kupferdraht, der spiralförmig gewunden ist, um eine Feder zu bilden; das eine Ende dieses Drahts geht in die Nabe des Hebels B″, während das andere mit dem Leitungsdrahte verbunden ist, so daß der Draht C″ ein Theil der Kette ist.

D″ anderer federartig gewundener Kupferdraht, der durch eine Hülse geht, in welcher er durch eine Stellschraube festgehalten wird. Das obere Ende dieses Kupferdrahts ist mit einer kleinen Linse von reinem Golde versehen und reicht in die stählerne Hälfte des Gegenhebels b hinein, so daß es mit demselben in Berührung ist; dieß ist die Stelle, wo der elektrische Strom unterbrochen und geschlossen wird. Das andere Ende dieses Drahts ist mit dem Leitungsdraht in Verbindung, und macht also wie der erste einen Theil der elektrischen Kette aus.

Die so eben beschriebenen Theile kommen nun auf folgende Weise in Thätigkeit.

Da der Stern f auf der Steigradachse F befestigt ist, so nimmt er auch die Bewegung des Steigrads an. Jeder der Flügel h, gedrängt durch das Hülfsräderwerk, trifft mit einem Zahne des Sterns zusammen |182| und wird durch denselben in seiner sonst raschen Bewegung aufgehalten, so daß nun der Flügel und Zahn des Sterns so lange mit einander gehen oder an einander anliegen, bis sie eine so schräge Lage angenommen haben, daß sie sich nicht mehr berühren können. Die Flügel machen dann eine Drittelumdrehung, der nichtfolgende Flügel trifft auf den nächsten Sternzahn, theilt eine Zeit lang dessen Bewegung und springt dann, wie der erste ab, so daß sich dieses Spiel unzähligemal wiederholt. Der Zweck des Sterns ist also, wie leicht einzusehen, die Bewegung des Hülfsräderwerks zu mäßigen und zu reguliren.

Der Hebring a, Fig. 2, theilt die drehende Bewegung der Flügel; so oft ein solcher den Stern verläßt, drängt ein Daumen des Hebrings den verticalen Arm des Hebels B″ zurück, und der andere Arm entfernt sich dann von dem oberen Ende des Drahts D″, auf welchem er aufruhte. Hieraus folgt daß der elektrische Strom unterbrochen wurde, und nicht mehr auf die Elektromagnete wirkt, welche die chronometrischen Apparate in Thätigkeit zu setzen haben. Sobald aber der Hebring seine ursprüngliche Stellung wieder angenommen hat, thut dieß auch der Arm b, und da dann die Berührung des Drahts D″ und des Armes b wieder hergestellt ist, so ist auch der Strom geschlossen, und die Elektromagnete wirken auf die Uhren. Das Abspringen der Flügel geschieht gewöhnlich alle 6 Secunden; jedoch kann dieß seltener oder häufiger geschehen, wenn man dem Sterne eine andere Anzahl Zähne gibt, und man könnte eine beliebige Zahl Uhren, welche dazu eingerichtet wären, Secunden anzeigen lassen.

Um die Elektricität von den Theilen abzuhalten welche nicht elektrisch zu werden brauchen, sind die leitenden Theile isolirt, so daß der elektrische Strom in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung geht.

Beschreibung des chronometrischen Apparats.

A Fig. 3 auf Tab. IV bezeichnet die Platte worauf die einzelnen Theile befestigt sind. B Sperrrad mit einem Getriebe b, welches in das Zahnrad C eingreift, dessen verlängerte Achse die Verbindung mit den Zeigern herstellt. D Steg, in welchem sich die oberen Zapfen der beiden Räder drehen. E Aufhaltklinke, deren Schnabel in die Sperrzähne einspringt, um das Rückwärtsgehen unmöglich zu machen. e Feder, wodurch diese Aufhaltklinke angedrückt wird. F Hebel durch welchen das Ganze in Bewegung gesetzt wird. In Fig. 5 und 6 ist derselbe in zwei Ansichten besonders gezeichnet. Er dreht sich um eine Spindel, welche in die Platte A festgeschraubt ist.

|183|

G kleine Feder, welche auf das Ende des Hebels geschraubt ist und mit ihrem hakenförmigen Ende ebenfalls in das Sperrrad B eingreift. H Anker, welcher mit dem Hebel F aus einem Stück ist. f kurzer Arm dieses Hebels, an welchen ein Scharnierstück angehängt ist, das auf das Ende der Stange I Fig. 4 aufgeschraubt wurde. An dem untern Stangenende hängt der Magnetanker M von weichem Eisen.

J Feder, welche auf den kleinen Hebelarm f drückt, und so den Hebel F in seine ursprüngliche Stellung zurückbringt. Die Spannung der Feder wird durch eine Schraube d mit excentrischem Kopfe regulirt.

K Fig. 4 Querstück, welches auf den viereckigen Theil der Achse des Rades C aufgesteckt ist und den Zweck hat, die Uhrzeiger mitzunehmen, welche mit einem Stifte in den Schlitz am Ende des Stücks K eingreifen. L Elektromagnet, von welchem die Bewegung des Apparats abhängt. M Anker von weichem Eisen welcher an das untere Ende der Stange I angehängt ist. N Verbindungspunkt dieser Stange mit dem Hebel F.

Fig. 7 Verticaler Durchschnitt der elektrischen Batterie.

Fig. 8 Grundriß derselben.

O Kasten, welcher mit Sand gefüllt ist, der mit Salmiakwasser angefeuchtet wurde; in demselben befinden sich die verticalen Zinktafeln a und Kupfertafeln b.

Gang des Apparates.

Fig. 3 Tab. IV stellt den vollständig zusammengesetzten Apparat dar. Da die Normaluhr gerade den elektrischen Strom dem temporären Magnete L zuführt, so wird der Anker M angezogen, und mit demselben der Hebel F, da er durch die Stange I mit dem Anker verbunden ist. Der Hebel F bewegt sich von links nach rechts, und zwar so weit, als die Entfernung zweier Zähne des Sperrrades B beträgt. Der Haken an der Feder G, welcher in einer Zahnhöhlung des Sperrrades liegt, nimmt den Zahn mit, und die Aufhaltklinke E fällt in den nächstfolgenden Zahn ein, um das Zurücktreten des Rades zu verhindern, wenn der Hebel F rückwärts geht und die Feder G einen neuen Zahn fassen muß. Sobald der elektrische Strom unterbrochen ist, verläßt der Anker den Magnet und der Hebel F nimmt in Folge der auf ihn wirkenden Feder J seine vorige Lage wieder an. Ein gleiches thut auch die Feder G, welche über einen Zahn des Sperrrades springt um ihn für die nächste Bewegung zu fassen. Der Anker H, welcher auf dem Hebel F fest ist, verhindert das Drehen des Sperrrades um mehr als einen |184| Zahn, da er jedesmal in einen Zahn des Sperrrades B eingreift, so oft sich der Hebel F bewegt.

Dieser Apparat arbeitet, wie man sieht, durch die directe Wirkung der Elektricität auf den Hebel F, und dieser setzt das Sperrrad B in Bewegung, dessen Getriebe das Rad C treibt, von welchem die Bewegung der Zeiger abhängig gemacht ist.

Fig. 1 Tab. V zeigt die Verbindung der Normaluhr mit den elektrischen Uhren durch einen Leitungsdraht.

Fig. 2 verticaler Durchschnitt der elektrischen Batterie.

Fig. 3 Grundriß derselben.

A Normaluhr. B, B elektrische Uhren welche durch die Drähte C, C mit der ersten in Verbindung gebracht sind. D, D weitere Drähte welche die Uhren B mit den Uhren E, E vereinigen, F, F Drähte welche zur Batterie führen, a, b Vereinigungsstellen dieser Drähte mit dem Zink und Kupfer.

G Faß, in welchem sich die Batterie befindet.

H mit Salmiakwasser angefeuchteter Sand, in welchen die Kupferstreifen c und Zinkstreifen d eingesteckt sind.

|177|

Diese in einem Faß angebrachte Batterie blieb vom 17. Sept. bis zum 1. Dec. 1847 in Thätigkeit; sie bestand aus zwei Messingblechen, welche durch ein mit Zinn angelöthetes Band mit einander verbunden waren, und aus zwei zwischen diesen Messingblechen angebrachten Zinkblechen, die durch ein ähnliches Band mit einander verbunden waren Die Zwischenraume dieser Metallbleche wurden mit feinem Sand ausgefüllt, welcher mit einer Salmiak-Auflösung befeuchtet war Die Messingbleche waren 1½ Millimeter dick und wogen 16½ Kilogr.; ihre Gesammtfläche betrug 15,377 Quadrat-Millimeter. Die Zinkbleche waren ½ Millimeter dick und wogen 4 Kil. 350 Gr.; ihre Gesammtfläche betrug 13,130 Quadrat-Millimeter. Da eine der Uhren in Folge der Schwächung des Stroms in Stillstand kam, so wurde die Batterie aus einander genommen.

Die Oberfläche der Messingbleche war bis zu zwei Drittel ihrer Breite — von unten angefangen — schwach oxydirt; das obere Drittel war es in geringerem Grade; dessenungeachtet wog das Messing noch ebensoviel wie vor dem Gebrauch.

Das zwischen den Messingblechen angebrachte Zinkblech war im oberen Theil bis auf etwa zwei Drittel seiner Breite und gegen die Enden etwas mehr zerfressen. Diese Zersetzung hatte es großentheils durchlöchert, insbesondere an den Stellen wo es mit dem Leitungsdraht communicirte, wo mehrere Auflösungen mit einander in Zusammenhang standen, welchen die Schwächung der magnetischen Wirkung der Elek tromagnete zugeschrieben werden muß. Das Blech im Centrum war auf gleichförmigere Weise angegriffen und an mehreren Stellen durchlöchert. Uebrigens betrug die Gewichtsabnahme des Zinks nur 350 Gramme, nachdem es 75 Tage lang ununterbrochen in Thätigkeit war, also 4,6 Gr. per Tag. Es wurden in diesem Zeitraum beiläufig 500 Gramme Salmiak, in Wasser aufgelöst, zum Befeuchten des die Zwischenräume der Metallbleche ausfüllenden Sandes angewandt; dieses Befeuchten wurde immer nach Verlauf von acht Tagen vorgenommen.

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