Titel: Lossier, über Hipp's elektrische Uhr.
Autor: Lossier, L.
Fundstelle: 1878, Band 227 (S. 555–561)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj227/ar227204

Hipp's elektrische Uhr zur Angabe der astronomischen Zeit in Genf; von L. Lossier.

Mit Abbildungen auf Tafel 37.

Für die Uhrmacher ist es sehr wichtig: und wünschenswerth, leicht die genaue Zeit zu haben. Die dazu benutzten Regulatoren sind mehr oder weniger, z. Th. beträchtlichen Schwankungen ausgesetzt, was die Regulirung gewöhnlicher Uhren verzögert, die der Präcissionsuhren aber nahezu unmöglich macht. Um die Beschaffung der für letztere erforderlichen, nahezu absoluten Genauigkeit zu ermöglichen, vereinigten sich 1873 eine Anzahl Genfer Uhrenfabrikanten; sie planten die elektrische Mittheilung der genauen Zeit von der Sternwarte in ihre Werkstätten. Damals handelte es sich darum, täglich einmal ein einfaches oder mehrmals wiederholtes Signal zu geben. Doch fürchteten Einige, dass ein einmaliges Signal schwer zu fassen1) sein würde und zur Beobachtung an einer bestimmten Tageszeit nöthige. Endlich stellten sich die Kosten der Anlage als für eine verhältnissmässig kleine Anzahl Betheiligter zu hoch heraus. Man suchte deshalb um die Mithilfe der Stadt nach, und nun wurde ein vollständiges System elektrischer Uhren beschlossen, der Ingenieur Rehfous mit der Prüfung der Sache und der besondern Bedürfnisse der Uhrmacher beauftragt, und im December 1875 entschied sich der Rath für eine Uhrenanlage, wie sie jetzt ausgeführt ist.

Als Bedingungen waren gestellt: 1) Sicherer Gang der Uhren und 2) Genauigkeit in der gegebenen Zeit, welche im Mittel nicht über 0,1, im Maximum nicht über 0,2 Secunden von der richtigen Zeit abweichen sollte. Dazu waren erforderlich: 1) zwei sehr gute Regulatoren, welche im Fall des Bedarfes leicht und rasch einander ersetzen konnten; 2) eine genaue und sichere Vergleichung dieser Regulatoren mit den astronomischen Beobachtungen; 3) constante und so angeordnete Batterien, dass der Strom, frei von Zufällen und Schwankungen, immer dieselbe Stärke hat; 4) sehr sorgfältig isolirte Linien und 5) regelmässig und von einander unabhängig gehende Uhren, welche atmosphärischen Einflüssen möglichst entzogen waren.

Dr. M. Hipp, Director der Telegraphenfabrik in Neuenburg, hat die Aufgabe zu voller Befriedigung gelöst. Die Uhren sind in 8 vom Stadthanse auslaufende Linien vertheilt, welche vom Strome, in jeder Minute einmal, nach einander durchlaufen werden; die in derselben Linie auf einander folgenden Strome wechseln aber in der Stromrichtung ab, und die Uhren selbst haben polarisirte Elektromagnete. Dabei arbeiten die Uhren selbst mit einem sehr schwachen Strome; die Zahl der beweglichen Theile ist gering; es sind keine Federn vorhanden welche Schwankungen in Folge der Temperaturänderungen und der Molecularänderungen unterworfen sind; die Uhren sind unempfindlich gegen äussere Stösse und Erschütterungen und gegen atmosphärische Elektricität.

In jeder Linie sind (wie es Hipp überhaupt bei seinen Uhren zu thun pflegt) die darin enthaltenen Uhren so eingeschaltet, dass jeder durch einen sich von der Linie abzweigenden Draht der für sie erforderliche Stromtheil zugeführt wird und hinter der Uhr zur Erde geht, dadurch werden die Uhren von einander unabhängig, so dass eine in einer Uhr auftretende Unterbrechung auf den Gang der andern im allgemeinen keinen Einfluss hat. Doch müssen die Widerstände in jeder Uhr genau berechnet werden, wenn der Strom in allen Uhren gleich stark sein soll. Liegen vom Ende Z, der Linie L (Fig. 8 Taf. 37 her |556| gezählt, zwischen den Uhren U1 und U2, U2 und U3... Linienstrecken mit den Widerständen a, b..., so müssen die Uhren der Reihe nach die Zusatzwiderstände R1, R2..., erhalten, welche sich in folgender Weise berechnen lassen.

Zunächst ist R1 = 0. Sollen ferner U1 und U2 gleiche Stromzweige erhalten, so müssen von der Abzweigungsstelle Z2 ab in beiden Zweigen gleiche Widerstände liegen; daher muss R2 = a sein. U3 soll so viel Strom bekommen wie U1 oder U2, also halb so viel wie U1 und U2 zusammen; daher muss nach dem Ohm'schen Gesetz von der Abzweigungsstelle Z3 ab der Widerstand nach U3 hin doppelt so gross sein, wie der Widerstand r2 = b + ½ a nach U2 und U1 hin; daher wird R3 = 2b + a. Der Strom für U4 muss ⅓ von dem Strome betragen, der nach U3, U2 und U1 zusammen geht; der Gesammtwiderstand in letzterem Stromkreise von der Verzweigungsstelle Z4 ab ist:

demnach wird R4 = 3r3 = 3c + 2b + a. Allgemein ist somit:

wenn zwischen Un und Un–1 der Leitungswiderstand k liegt. Es lassen sich indessen diese Widerstände nicht ein für allemal berechnen, weil a, b, c... veränderlich sind, weshalb auch die R von Zeit zu Zeit regulirt werden müssen2); doch wird die darauf verwendete Arbeit durch unbestreitbare Vortheile gegenüber der Schaltung aller Uhren in einen Schliessungskreis belohnt, namentlich durch den sicheren Gang der Uhren.

In dem Regulator muss der Contact sicher sein; er muss daher mit einer gewissen Kraft gemacht werden, veranlasst dadurch aber eine beträchtliche Reibung, welche von einem Regulatorwerke nicht ohne Störung des Ganges des Regulators überwunden werden kann. Hipp hat deshalb das Contact machende Laufwerk von dem das Steigrad bewegenden getrennt. Während 59 Secunden sind beide Werke vollkommen unabhängig von einander; in der 60. Secunde wirken sie mittels eines sehr kleinen Fallhebels auf einander, welcher nur eine unmerkliche und den Gang des Regulators nicht störende Reibung veranlasst. Das Steigradwerk besteht blos aus zwei Rädern, dem Steigrade S und dem Triebrade M (Fig. 9 Taf. 37)3) letzteres dreht sich nicht um eine feste Achse, sondern hängt frei zwischen zwei Getrieben, mit denen es im Eingriffe steht; das erste Getriebe (in Fig. 9 links) sitzt auf der Steigradachse, das andere steht mit der Achse des Stromgebers in Verbindung. Das Steigrad S wird nur durch das Gewicht des Triebrades M bewegt, welches natürlich seine Lage ändert, da seine in der |557| um die Achse u drehbaren Gabel r gelagerte Achse sich senkt; am Ende seines Laufes (in der 60. Secunde) löst das linke Ende der Gabel r durch Emporheben des horizontalen Armes des Winkelhebels V einen kleinen Fallhebel H1 aus, welcher beim Herabfallen den bisher auf seiner halb ausgeschnittenen Achse hängenden Hebel H2 gleichfalls zum Fallen bringt, wobei dieser auf eine Reihe von Hebeln H3 bis H6 (Fig. 10) wirkt und die Hemmung des Lauf- oder Minutenwerkes beseitigt. Indem sich nämlich diese Hebel in den durch die Pfeile angedeuteten Richtungen bewegen, drehen sie die bisher vor dem Arme N auf der Windfangachse W liegenden Sperklinke D so weit, dass N frei wird. Das Minutenwerk macht nun einen Umlauf, welcher einem Fortspringen des Minutenzeigers um 1 Minute entspricht. Der Stromgeber aber macht, durch das Kegelräderpaar I vom Laufwerke aus getrieben, eine halbe Umdrehung, während welcher der Strom der Reihe nach in die einzelnen Linien entsendet wird. Gleichzeitig lässt das Laufwerk durch die Kegelräder i (Fig. 9) das in das Triebrad M des Steigradwerkes eingreifende zweite Getriebe einen Umlauf machen, und dieses hebt dabei das Triebrad um den Betrag, um welchen es sich jede Minute senkt. Zugleich erfasst ein Stift an dem einen Kegelrade i den Hebel H, und dreht ihn so weit um seine Achse, dass er sich wieder an dem Winkelhebel V fängt; die anderen Hebel H2 bis H6 aber werden durch das Excenter p unter Mithilfe des Gegengewichtes K in ihre ursprüngliche Lage zurückgebracht. Das Minutenwerk wird von einem 40k schweren Gewichte getrieben. Als Regulator benutzte man für dasselbe anfänglich einen Windflügel; da man aber die Zeit bis auf einen Secundenbruch genau verlangte, so erwies sich derselbe als unausreichend, weil der Stromgeber einen Umlauf bald in 14 Secunden, bald in mehr oder weniger machte. Hipp ersetzte daher den Windflügel durch ein conisches Pendel, welches eine überraschende Genauigkeit gab, insofern eingefügte Reibungswiderstände oder Vergrösserung und Verkleinerung des Triebgewichtes äusserst kleine Geschwindigkeitsänderungen (die mittels des gleich zu besprechenden Coïncidenzpendels gemessen wurden) ergaben. Zur Correction und Stellung auf die richtige Zeit sind dem Regulator noch zwei Hilfspendel beigegeben.

Neben dem Hauptregulator befindet sich noch ein Hilfsregulator, welcher zwar nach demselben Princip, aber nach einem altern, minder vollkommenen Model gebaut ist. Beide gehen beständig, aber nur einer sendet die Ströme, nämlich der Hauptregulator. Wenn dieser aber einmal aus irgend einem Grunde angehalten werden muss, so werden mittels des in Fig. 12 abgebildeten Umschalters die Verbindungen aus dem Hauptregulator in den Hilfsregulator verlegt, welcher nun die Uhren treibt, bis der Hauptregulator wieder in Dienst tritt. Diese Verlegung hat zwar eine kleine Ungenauigkeit im Gefolge, weil die beiden synchron gehenden Regulatoren die Ströme nicht in ganz übereinstimmender |558| Weise entsenden; doch ist dies ohne grossen Belang, weil es nur sehr selten und ausnahmsweise vorkommt.

An die Schienen P1 und P2 des Umschalters (Fig. 12) sind der positive und negative Pol der Batterie geführt, von den Schienen Q1, Q2... laufen die Linien L1, L2... aus. (In Fig. 5 wie in Fig. 9 sind nicht 8, sondern blos 3 Linien und die für diese erforderlichen Theile gezeichnet.) Für gewöhnlich sind durch Stöpselung zwischen B, P1 und B, P2 die Pole mittels der Drähte x und y nach dem Stromumkehrer U (Fig. 9) des Stromgebers im Hauptregulator geführt. In U machen in der einen Minute die Federn 1 und 3, in der nächsten 2 und 4 Contact u.s.f. Die Schienen Q1, Q2... des Umschalters sind ebenfalls auf B gestöpselt und stehen daher durch die Drähte g1q2 ... mit den Federn k in Verbindung; die zur Erde abgeleitete Schiene E endlich ist bei der Stöpselung auf B durch den Draht z mit der Schiene n und zugleich durch z1 mit den Federn h verbunden. Wie nun Fig. 11 erkennen lässt, sitzt auf der Achse a des Stromgebers für jede Feder k ein Daumen b, welcher, einer nach dem andern, mittels des Röllchens e und des um f drehbaren Hebels das gegen f isolirte Metallstück g an die Feder k heranbewegt und dieselbe von der Schiene l abhebt, gleichzeitig aber der seither von einem auf g befindlichen Kautschukstücke zurückgehaltenen Feder h sich an l anzulegen gestattet; dadurch wird also der Reihe nach L1 L2, L3 über Q, B, q, k, g und die Feder m mit der gegen die Schiene n isolirten Schiene o verbunden, während zugleich n über z, B und E beständig mit der Erde in Verbindung bleibt. An dem nach rechts liegenden Ende trägt die Achse a zwei Paar um 180° gegen einander verstellte längere Daumen c und d; bei der einen halben Umdrehung legen die Daumen c ihre Hebel g an die Federn 1 und 3, bei der nächsten halben Umdrehung die Daumen d ihre Hebel g an die Federn 2 und 4; da nun die auf 1 und 2 wirkenden Hebel g durch ihre Spiralfedern mit der Schiene o, die auf 3 und 4 wirkenden Hebel g dagegen durch ihre Spiralfedern mit der gegen o isolirten Schiene n leitend verbunden sind, und da die Achse a bei jeder Auslösung des Laufwerkes (Fig. 10), d.h. am Ende jeder Minute eine halbe Umdrehung macht, so wird bei der einen Stellung von a der Strom vom positiven Pole der Batterie über x und 2 in U, bei der andern Stellung von o vom negativen Pole über y und 1 in U der Platte o und der Reihe nach den Linien L1 L2, L3 zugeführt, während im ersten Falle der negative Pol über y und 4 in U, im anderen, d.h. in der nächsten Minute, der positive Pol über x und 3 mit der Platte n und durch z mit der Erde E in Verbindung steht.

Um das Ueberspringen der Funken zwischen g und k beim Rückgänge von g f e und das dadurch veranlasste Verbrennen der Contactstellen zu verhüten, wird in dem Augenblicke der Stromunterbrechung durch die betreffende, jetzt sich zugleich mit k an die Schiene l anlegende |559| Feder h ein in sich geschlossener Stromkreis k l h z1z2 z E1 E2 S L k (Fig. 13) hergestellt, in welchen nun der Elektromagnet S der in der Linie L liegenden Uhr den Extrastrom abgeben kann. Wenn dagegen der Hebel g von dem Daumen auf der Welle a weit genug vorgeschoben, ist die Berührung zwischen k und l aufgehoben und der Batteriestrom muss von der Schiene o aus über m g k in die Linie L und durch den Elektromagnet S der Uhr gehen.

Durch Stöpselung auf die sechs mit A bezeichneten Schienen des Umschalters (Fig. 12) werden die Batteriepole und die Linien auf den Hilfsregulator eingeschaltet, mittels der sechs von den Schienen A auslaufenden Drähte. Eine Stöpselung in den Schienen C endlich verbindet die Pole und die Linien mit dem Kurbelcommutator F und führt den Strom, je nach der Stellung der Kurbel F, in der einen oder der andern Richtung ohne Unterbrechung, weil unter Ausschaltung der Stromgeber in den Regulatoren, derjenigen Linie L zu, auf deren Knopf die Kurbel G gestellt wird.

Die Vergleichung des Ganges mit der mittlern Zeit und die Stellung erfordern viel Gewandtheit und Sorgfalt, da es sich um Sechzigstel-Secunden handelt. Dazu ist das Stadthaus mit der Sternwarte durch eine (neunte) Telegraphenleitung verbunden. In der Sternwarte befindet sich ein lediglich für die Abgabe der astronomischen Zeit bestimmter Regulator mit einem beweglichen Contacte, welcher nach Belieben in oder ausser Thätigkeit gesetzt werden kann. Im erstem Falle streift ein kleiner Stift am Steigrade in der 60. Secunde jeder Minute leicht an ein Platinplättchen und entsendet einen Strom als Zeitsignal. Dieses wird im Stadthause mittels eines Coïncidenzpendels aufgenommen; dies ist ein Uhrwerk ohne Stundenzeiger (der hier unnütz wäre), schlägt jedoch in jeder Minute 61 Secunden. In der Ruhe ist das Pendel durch den Anker eines Elektromagnetes gefangen; der von der Sternwarte kommende Strom lässt das Pendel frei, und man zählt dann die Secunden bis zu dem Augenblicke, wo das Pendel mit dem des Regulators zusammenschlägt. Geschieht dies z.B. bei der 16. Secunde, so geht der Regulator entweder 16 Sechzigstel-Secunden vor oder 60 – 16 = 44 nach. Die Correction selbst wird dann mittels der beiden am Hauptregulator angebrachten Hilfspendel vollzogen, die beide auf ein Sechzigstel der Secunde regulirt sind; soviel Sechzigstel-Secunden also der Regulator vor- oder nachgeht, soviel Secunden lässt man das eine oder das andere Pendel gehen und jede Schwingung desselben stellt den Regulator eine Sechzigstel-Secunde zurück oder vor.

Stadthaus und Sternwarte sind ausserdem noch mit vollständigen (Zeiger-) Telegraphen zum Sprechen, nebst Wecker, ausgerüstet, für welchen eine besondere Batterie benutzt wird. Dieser Telegraph wird mittels eines Umschalters auf die neunte Linie eingeschaltet, wenn dieselbe nicht mit dem Coïncidenzpendel verbunden ist.

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Der ganze Vorgang ist folgender. Mittags beobachtet der Astronom die Abweichung der Uhr der Sternwarte und corrigirt sie durch Zuschlagsgewichte am Pendel. Um 1 Uhr kommt der Stellende ins Stadthaus, meldet sich und verlangt die Zeit, der Astronom antwortet, wenn er bereit ist. In diesem Falle setzt er den Contact seines Regulators in Thätigkeit und nun wird das Signal alle Minuten einmal gegeben, 10 Minuten lang, was dem Stellenden zur Bewirkung der Correction und zur Controle der Genauigkeit des Ganges genügt. Bemerkt er eine aussergewöhnliche Abweichung, welche einen Irrthum oder irgend eine Unregelmässigkeit vermuthen lässt, so benachrichtigt er den Astronomen davon, und dieser prüft seine Beobachtungen, um wo nöthig die Ergebnisse abzuändern.

In dem Bureau der elektrischen Zeit ist zur Controle des guten Ganges für jede Linie eine Uhr aufgestellt. Die Uhr in der achten Linie besitzt ein ähnliches Coïncidenzpendel, welches genau zu beobachten gestattet, wie viel diese achte Uhr hinter der richtigen Zeit zurück ist, und welche Zeit der Stromsender zu einer Umdrehung braucht; auch lässt sich dadurch der Gang der letztern überwachen und berichtigen.

Als Batterien verwendet man Kohlen-Zink-Elemente mit einer Flüssigkeit (Lösung von 3 Th. Salmiak und 1 Th. Kochsalz in 10 Tb. Wasser). Die Kohlen sind Hohlcylinder von 0m,36 Höhe. Diese Batterien sind kräftig, haben (was für Zweigströme wichtig ist) wenig Widerstand und halten sich lange (1 Jahr etwa); sie polarisiren sich zwar leicht; das ist indess nicht zu merken, weil der nöthige Strom von kurzer Dauer ist. Es sind 4 Batterien vorhanden, jede zu 10 Elementen; 3 Batterien nur arbeiten, die vierte dient als Reserve. Die Batterien sind zu verschiedenen Zeiten gefüllt und in Betrieb genommen, damit der Strom merklich derselbe bleibe. Diese von Hipp empfohlene Aufstellung mehrerer parallel geschalteter Batterien ist sehr vortheilhaft, insofern sie Störungen durch das (übrigens ziemlich häufige) Zerbrechen der Gläser, Zink- oder anderer Elementtheile verhütet. Die Batterien stehen in einem Keller, worin sich die Temperatur vom Sommer zum Winter wenig ändert. Zu ihrer Ueberwachung sind von ihnen Drähte nach einer Bussole in der Nähe der Regulatoren geführt, so dass man beim Einstecken von Stöpseln bequem, und ohne eine Unterbrechung befürchten zu müssen, die Stromstärke jeder Batterie einzeln oder aller zusammen messen kann; dies geschieht täglich und lässt erkennen, wann eine Batterie erneuert werden muss.

Die Linien müssen für die Zeitangabe möglichst von unveränderlichem Widerstände und möglichst gut isolirt sein; letzteres ist in einer Stadt bei Luftlinien schwerer, als es scheint. Man hat nach mehreren missglückten Versuchen auf Porzellan- und Glasisolatoren ganz verzichtet, weil sie zu zerbrechlich sind und bei längerem Regen der verhältnissmässig sehr starke Strom zum Betrieb der Uhren so stark abgeleitet |561| wurde, dass viele Uhren stehen blieben; man wählte schliesslich gusseiserne Träger, die innerhalb ihrer Console durch eine Glasscheide isolirt sind. Die so gebauten neuen Linien dienen seit August 1876 und entsprechen ganz den Erwartungen.

Die Genauigkeit der durch diese Anlage gegebenen Zeit ist blos von der der astronomischen Beobachtungen abhängig. Die gegebene Zeit ist indessen nicht streng die Zeit des Meridians der Sternwarte, weil die Mittheilung der Reihe nach in die 8 Linien erfolgt, in der letzten 14 Secunde zu spät; doch bleibt die Verspätung in jeder Linie genau dieselbe. Die Vergleichungen brauchen daher nur immer mit derselben Uhr oder einer Uhr in derselben Linie gemacht zu werden.

Die gewöhnlichen elektrischen Uhren springen in jeder Minute nur einmal; für diejenigen, welche Secunden haben wollen, liefert die Hipp'sche Fabrik in Neuenburg jedoch auch Uhren, welche der in die achte Linie eingeschaltenen Controluhr ähneln und mit Vortheil einen Regulator ersetzen.

E–e.

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Um die Abnahme des Signales zu erleichtern, lässt man im Berner Telegraphenbureau durch das Signal einen Regulator auslösen und nun so lange gehen, bis man die richtige Zeit genommen hat.

Der Ref.

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Eine solche Regulirung muss auch vorgenommen werden, wenn beim Auftreten einer Unterbrechung in einer Uhr an der Bedingung fest gehalten werden soll, dass auch dann noch der (nun vorhandene, in seiner Starke etwas verminderte) Strom sich zu gleichen Theilen auf alle dann noch gehende Uhren vertheilen soll. In diesem Falle müsste nämlich, wenn z.B. eine Unterbrechung in U1 oder U2 auftritt, der Zusatzwiderstand bei U3 die Grösse R'3 = b + R2 = b + a erhalten.

Der Ref.

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Die Skizzen zu den das Verständniss der Einzelnheiten sehr fördernden und die Beschreibung der Einschaltung und Stromgebung überhaupt erst ermöglichenden Figuren 9 bis 13 Taf. 37 verdanken wir der besonderen Güte des Hrn. Dr. Hipp. – Im Uebrigen wurde das Journal suisse d'horlogerie, 1877 Bd. 2 S. 3 als Quelle benutzt.

Die Red.

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