Pendel-Uhr

Eine Pendel-Uhr ist eine Uhr, die ein Pendel, ein schwingendes Gewicht als sein timekeeping Element verwendet. Der Vorteil eines Pendels für timekeeping besteht darin, dass es ein harmonischer Oszillator ist; es schwingt hin und her in einem genauen Zeitabstand-Abhängigen auf seiner Länge, und widersteht dem Schwingen an anderen Raten. Von seiner Erfindung 1656 durch Christiaan Huygens bis zu den 1930er Jahren war die Pendel-Uhr der genauste Zeitnehmer in der Welt, für seinen weit verbreiteten Gebrauch verantwortlich seiend. Pendel-Uhren müssen stationär sein, um zu funktionieren; jede Bewegung oder Beschleunigungen werden die Bewegung des Pendels betreffen, Ungenauigkeiten verursachend, so müssen andere Mechanismen in tragbaren Chronometern verwendet werden. Sie werden jetzt größtenteils für ihren dekorativen und antiken Wert behalten.

Geschichte

Die Pendel-Uhr wurde 1656 vom holländischen Wissenschaftler Christiaan Huygens erfunden, und im nächsten Jahr patentiert. Huygens hat den Aufbau seiner Uhr-Designs dem Uhrmacher Salomon Coster zusammengezogen, der wirklich die Uhr gebaut hat. Huygens wurde durch Untersuchungen von Pendeln von Galileo Galilei begeistert, der 1602 beginnt. Galileo hat das Schlüsseleigentum entdeckt, das Pendel nützliche Zeitnehmer macht: Isochronism, was bedeutet, dass die Periode des Schwingens eines Pendels ungefähr dasselbe für verschiedene große Anschläge ist. Galileo hatte die Idee für eine Pendel-Uhr in 1637, der von seinem Sohn 1649 teilweise gebaut wurde, aber keiner hat gelebt, um es zu beenden. Die Einführung des Pendels, der erste harmonische in timekeeping verwendete Oszillator, hat die Genauigkeit von Uhren enorm von ungefähr 15 Minuten pro Tag zu 15 Sekunden vergrößert, die pro Tag zu ihrer schnellen Ausbreitung als vorhandener 'Rand führen, und foliot' Uhren waren retrofitted mit Pendeln.

Diese frühen Uhren, wegen ihrer Rand-Hemmungen, hatten breite Pendel-Anschläge von bis zu 100 °. In seiner 1673-Analyse von Pendeln, Horologium Oscillatorium, hat Huygens gezeigt, dass breite Anschläge das Pendel ungenau gemacht haben, seine Periode, und so die Rate der Uhr verursachend, um sich mit unvermeidlichen Schwankungen in der durch die Bewegung zur Verfügung gestellten treibenden Kraft zu ändern. Die Verwirklichung von Uhrmachern, dass nur Pendel mit kleinen Anschlägen von einigen Graden isochron sind, hat die Erfindung der Ankerhemmung 1670 motiviert, die das Schwingen des Pendels auf 4 °-6 ° reduziert hat. Der Anker ist die in Pendel-Uhren verwendete Standardhemmung geworden. Zusätzlich zur vergrößerten Genauigkeit hat das schmale Pendel-Schwingen des Ankers dem Fall der Uhr erlaubt, längere, langsamere Pendel anzupassen, die weniger Macht gebraucht haben und weniger Tragen auf der Bewegung verursacht haben. Das Sekunde-Pendel (hat auch das Pendel von Royal genannt), ist ein langes Pendel, in dem jedes Schwingen eine Sekunde nimmt; es sind 0.994 M (39.1 in) lange. Die langen schmalen Uhren, die um diese Pendel zuerst gebaut sind, die von William Clement 1680 gemacht sind, sind bekannt als Standuhren geworden. Die vergrößerte Genauigkeit, die sich aus diesen Entwicklungen ergibt, hat die Minutenhand, vorher selten verursacht, zur Uhr hinzugefügt zu werden, steht gegenüber, 1690 zu beginnen.

Der 18. und die Welle des 19. Jahrhunderts der horological Neuerung, die der Erfindung des Pendels gefolgt ist, haben viele Verbesserungen zu Pendel-Uhren gebracht. Die todmüde Hemmung erfunden 1675 von Richard Towneley und verbreitet von George Graham 1715 in seinen Präzisionsgangregler-Uhren hat allmählich die Ankerhemmung ersetzt und wird jetzt in den meisten modernen Pendel-Uhren verwendet. Beobachtung, dass Pendel-Uhren verlangsamt im Sommer die Verwirklichung gebracht haben, dass Thermalvergrößerung und Zusammenziehung der Pendel-Stange mit Änderungen in der Temperatur eine Quelle des Fehlers waren. Das wurde durch die Erfindung von temperaturersetzten Pendeln gelöst; das Quecksilberpendel durch George Graham 1721 und das Grill-Pendel durch John Harrison 1726. Mit diesen Verbesserungen, durch die Präzisionspendel-Uhren der Mitte des 18. Jahrhunderts hat Genauigkeiten von ein paar Sekunden pro Woche erreicht.

Bis zum 19. Jahrhundert waren Uhren durch individuelle Handwerker handgefertigt und waren sehr teuer. Die reiche Verzierung von Pendel-Uhren dieser Periode zeigt ihren Wert als Statussymbole des Reichen an. Die Uhrmacher jedes Landes und Gebiets in Europa haben ihre eigenen kennzeichnenden Stile entwickelt. Vor dem 19. Jahrhundert hat die Fabrikproduktion von Uhr-Teilen allmählich Pendel-Uhren erschwinglich durch Familien des Mittelstands gemacht.

Während der Industriellen Revolution wurde tägliches Leben um die Hauspendel-Uhr organisiert. Genauere Pendel-Uhren, genannt Gangregler, wurden in Plätzen des Geschäfts installiert und verwendet, um Arbeit zu planen und andere Uhren zu setzen. Das genaueste, bekannte als astronomische Gangregler, wurden in Sternwarten für die Astronomie, das Vermessen und die himmlische Navigation verwendet. Als sie im 19. Jahrhundert begonnen haben, haben astronomische Gangregler in Marinesternwarten als primäre Standards für nationale Zeitvertriebsdienstleistungen gedient. Von 1909 hat das Nationale US-Büro von Standards (jetzt NIST) den US-Zeitstandard auf Pendel-Uhren von Riefler gestützt, die zu ungefähr 10 Millisekunden pro Tag genau sind. 1929 hat es auf die Shortt-Synchronome freie Pendel-Uhr umgeschaltet, bevor es Quarzstandards in den 1930er Jahren stufenweise einführt.

Mit einem Fehler von ungefähr einer Sekunde pro Jahr war Shortt die genaueste gewerblich erzeugte Pendel-Uhr.

Pendel-Uhren sind der Weltstandard für genauen timekeeping seit 270 Jahren, bis zur Erfindung der Quarzuhr in 1927 geblieben, und wurden als Zeitstandards durch den Weltkrieg 2 verwendet. Der französische Zeitdienst hat Pendel-Uhren als ein Teil ihres Ensembles von Standarduhren bis 1954 verwendet Die Hauspendel-Uhr hat begonnen, als Innenzeitnehmer während der 1930er Jahre und der 1940er Jahre durch die gleichzeitige elektrische Uhr ersetzt zu werden, die genauere Zeit behalten hat, weil es zur Schwingung des elektrischen Macht-Bratrostes synchronisiert wurde. Die genaueste experimentelle Pendel-Uhr bis heute (2007) kann die Uhr von Littlemore sein, die von Edward T. Hall in den 1990er Jahren gebaut ist.

Mechanismus

Alle mechanischen Pendel-Uhren haben diese fünf Teile:

  • Eine Macht-Quelle; entweder ein Gewicht auf einer Schnur, die eine Rolle oder eine Triebfeder dreht
  • Ein Zahnrad-Zug (Radzug), der die Geschwindigkeit der Macht steigert, so dass das Pendel es verwenden kann
  • Eine Hemmung, die das Pendel genau gibt, hat Impulse zeitlich festgelegt, es das Schwingen zu halten, und der die Zahnrad-Zugräder veröffentlicht, um ein fester Betrag bei jedem Schwingen voranzukommen. Das ist die Quelle des "tickenden" Tons einer Betriebspendel-Uhr.
  • Das Pendel, ein Gewicht auf einer Stange
  • Ein Hinweis oder Zifferblatt, das registriert, wie oft die Hemmung rotiert hat, und deshalb wie viel Zeit, gewöhnlich eine traditionelle Uhr gegangen ist, konfrontieren mit dem Drehen von Händen.

Zusätzliche Funktionen in Uhren außer grundlegendem timekeeping werden Komplikationen genannt. Mehr wohl durchdachte Pendel-Uhren können diese Komplikationen einschließen:

  • Das Anschlagen des Zugs - schlägt ein Geläute auf jeder Stunde mit der Zahl von der Zahl der Stunde gleichen Schlägen. Mehr wohl durchdachte Typen, technisch genannte läutende Uhren, Schlag auf den Viertelstunden, und können Melodien, gewöhnlich Viertel von Westminster spielen.
  • Kalender-Zifferblätter - zeigen den Tag, das Datum, und manchmal Monat
  • Mondphase-Zifferblatt - Shows die Phase des Monds mit einem gemalten Bild des Monds auf einer rotierenden Platte.
  • Die Gleichung des Zeitzifferblattes - diese seltene Komplikation wurde in frühen Tagen verwendet, um die Uhr durch den Durchgang der Sonne oben im Mittag zu setzen. Es zeigt den Unterschied zwischen der Zeit, die durch die Uhr und die Zeit angezeigt ist, die durch die Position der Sonne angezeigt ist, die sich um nicht weniger als ±16 Minuten während des Jahres ändert.
  • Wiederholender-Verhaftung - wiederholt die Stunde-Geläute, wenn ein Knopf gedrückt wird. Diese seltene Komplikation wurde vor der künstlichen Beleuchtung verwendet, um zu überprüfen, um wie viel Uhr es nachts war.

In elektromechanischen Pendel-Uhren solcher, wie verwendet, im mechanischen Master stoppen die Macht-Quelle ab wird durch ein elektrisch angetriebenes Solenoid ersetzt, das die Impulse dem Pendel durch die magnetische Kraft zur Verfügung stellt, und die Hemmung durch einen Schalter oder Photoentdecker ersetzt wird, dass Sinne, wenn das Pendel in der richtigen Position ist, den Impuls zu erhalten. Diese sollten mit neueren Quarzpendel-Uhren nicht verwirrt sein, die ein elektronisches Quarzuhr-Modul ein Pendel schwingt. Das sind nicht wahre Pendel-Uhren, weil der timekeeping von einem Quarzkristall im Modul kontrolliert wird, und das schwingende Pendel bloß eine dekorative Simulation ist.

Pendel des Ernst-Schwingens

Das Pendel schwingt mit einer Periode, die sich mit der Quadratwurzel seiner wirksamen Länge ändert. Die Rate von Pendel-Uhren wird durch das Bewegen des Pendels Bob oder unten auf seiner Stange häufig mittels einer sich anpassenden Nuss unter dem Bob angepasst. In einigen Pendel-Uhren wird feine Anpassung mit einer Hilfsanpassung getan, die ein kleines Gewicht sein kann, das herangebracht wird oder unten die Pendel-Stange. In einigen Türmchen-Uhren wird Anpassung durch ein kleines auf der Stange bestiegenes Tablett vollbracht, wohin kleine Gewichte gelegt oder entfernt werden, um die wirksame Länge zu ändern, so kann die Rate angepasst werden, ohne die Uhr aufzuhören.

Nicht Linearität der Wiederherstellungskraft

Für ein einfaches Pendel ist die Unabhängigkeit der Periode vom Umfang des Schwingens, wie das Gesetz von Hook seit den Frühlingen, dem Abhängigen auf dem Schwingen, das genug klein ist, dass das Wiederherstellungsdrehmoment durch den ersten Begriff in seiner Macht die Reihenentwicklung (von Taylor) geschätzt werden kann. Zum Beispiel wird die Spitze eines Kreises, der horizontal ist, wenn der Kreisbogen ein halber Kreis, die Periode ist, unendlich (und chaotisch). Diese Beschränkung kann durch das Verwenden eines cycloidal Pendels vermieden werden, das theoretisch eine begrenzte Reihe des Umfangs mit genau derselben Periode hat.

Thermalentschädigung

Um Zeit genau zu behalten, werden Pendel gewöhnlich gemacht, sich in der Länge nicht zu ändern, als sich die Temperatur ändert. Infolge der Vergrößerung von Metall wird sich die Länge eines einfachen Pendels mit der Temperatur ändern, die Uhr verlangsamend, als sich die Temperatur erhebt. Frühe Uhren der hohen Präzision haben das flüssige Metallquecksilber verwendet, um einen Teil der Pendel-Masse in der Entschädigung für die vergrößerte Länge der Suspendierung zu heben. John Harrison hat das Grill-Pendel erfunden, das ein gleitendes "Banjo" von festen Metallen mit sich unterscheidenden Thermalwachstumsraten wie Messing oder Zink und Stahl verwendet, um ein Nullvergrößerungspendel zu erreichen, während es den Gebrauch von toxischem Quecksilber vermeidet.

Am Ende des 19. Jahrhunderts waren Materialien verfügbar, der eine sehr niedrige innewohnende Änderung der Länge mit der Temperatur hatte und diese verwendet wurden, um eine einfache Pendel-Stange zu machen. Diese haben Invar, eine Legierung des Nickels/Eisens eingeschlossen; und verschmolzene Kieselerde, ein Glas. Der Letztere wird noch für Pendel in gravimeters verwendet.

Atmosphärische Schinderei

Die Viskosität der Luft, durch die sich die Pendel-Anschläge mit dem atmosphärischen Druck, der Feuchtigkeit und der Temperatur ändern werden. Diese Schinderei verlangt auch Macht, die auf das Verlängern der Zeit zwischen windings sonst angewandt werden konnte. Pendel werden manchmal poliert und rationalisiert, um die Effekten der Luftschinderei zu reduzieren (der ist, wohin der grösste Teil der Triebkraft geht) auf der Genauigkeit der Uhr. Gegen Ende des 19. Jahrhunderts und Anfang des 20. Jahrhunderts wurden Pendel für Uhren in astronomischen Sternwarten häufig in einem Raum bedient, der zu einem Tiefdruck gepumpt worden war, um Schinderei zu reduzieren und die Operation des Pendels noch genauer zu machen.

Das Planieren und 'geschlagen'

Um Zeit genau zu behalten, müssen Pendel-Uhren absolut Niveau sein. Wenn sie nicht sind, schwingt das Pendel mehr zu einer Seite als der andere, die symmetrische Operation der Hemmung umwerfend. Diese Bedingung kann häufig hörbar im tickenden Ton der Uhr gehört werden. Die Zecken oder 'schlagen' sollte an genau Zwischenräumen ebenso unter Drogeneinfluss sein, um einen Ton dessen zu geben, "Zecke... tock tickt...... tock"; wenn sie nicht sind, und die gesunde "Zecke-tock haben... ticken-tock..." die Uhr ist außer dem geschlagenen und muss geebnet werden. Dieses Problem kann die Uhr leicht veranlassen aufzuhören zu arbeiten, und ist einer der allgemeinsten Gründe für Dienstanrufe. Eine Richtwaage oder Bewachungstiming-Maschine können eine höhere Genauigkeit erreichen als das Verlassen auf den Ton des geschlagenen; Präzisionsgangregler haben häufig einen gebauten in der Richtwaage für die Aufgabe. Ältere freistehende Uhren haben häufig Füße mit regulierbaren Schrauben, um sie zu ebnen, neuere haben eine zielende Anpassung in der Bewegung. Einige moderne Pendel-Uhren haben 'autogeschlagene' oder 'selbstregulierende geschlagene Anpassung' Geräte, und brauchen diese Anpassung nicht.

Lokaler Ernst

Da die Pendel-Rate mit einer Zunahme im Ernst zunehmen wird, und sich lokaler Ernst mit der Breite und Erhebung auf der Erde ändert, müssen Pendel-Uhren wieder geanpasst werden, um Zeit nach einer Bewegung zu behalten. Zum Beispiel wird eine Pendel-Uhr, die vom Meeresspiegel bis 4000 Fuß bewegt ist, 16 Sekunden pro Tag verlieren. Sogar das Bewegen einer Uhr zur Spitze eines hohen Gebäudes wird es veranlassen, messbare Zeit zu verlieren, die erwartet ist, Ernst zu senken.

Torsionschwingung

Auch genannt mit der Verdrehungfrühlingspendel, das ist eine radähnliche Masse (meistenteils vier Bereiche auf dem Kreuz spokes) aufgehoben von einem vertikalen Streifen (Zierband) von Federstahl, der als der Regulierungsmechanismus in Torsionschwingungsuhren verwendet ist. Die Folge der Massenwinde und wickelt den Suspendierungsfrühling mit dem auf die Spitze des Frühlings angewandten Energieimpuls ab. Da die Periode eines Zyklus im Vergleich zum Ernst-Schwingen-Pendel ziemlich langsam ist, ist es möglich, Uhren zu machen, die Wunde nur alle 30 Tage, oder sogar nur einmal jährlich sein müssen. Uhr, die nur das jährliche Winden verlangt, wird manchmal eine "400-tägige Uhr", "fortwährende Uhr" oder "Jahrestag-Uhr", die Letzteren genannt, die manchmal als eine Hochzeit memorialisation Geschenk gegeben sind. Schatz und Kundo, beide deutschen Unternehmen, waren einmal die Haupthersteller dieses Typs der Uhr. Dieser Typ ist der lokalen Kraft des Ernstes unabhängig, aber wird durch Temperaturänderungen mehr betroffen als ein unbezahltes Pendel des Ernst-Schwingens.

Hemmung

Die Hemmung steuert das Pendel gewöhnlich von einem Zahnrad-Zug, und ist der Teil, der tickt. Die meisten Hemmungen haben einen sich schließen lassenden Staat und einen Laufwerk-Staat. Im sich schließen lassenden Staat bewegt sich nichts. Die Bewegung des Pendels schaltet die Hemmung, um zu fahren, und die Hemmung geht dann das Pendel für einen Teil des Zyklus des Pendels voran. Eine bemerkenswerte, aber seltene Ausnahme ist die Grashüpfer-Hemmung von Harrison. In Präzisionsuhren wird die Hemmung häufig direkt durch ein kleines Gewicht oder Frühling gesteuert, der häufig durch einen unabhängigen Mechanismus genannt einen remontoire neu gefasst wird. Das befreit die Hemmung von den Effekten von Schwankungen im Zahnrad-Zug. Gegen Ende des 19. Jahrhunderts wurden elektromechanische Hemmungen entwickelt. In diesen haben ein mechanischer Schalter oder eine Phototube einen Elektromagneten für eine kurze Abteilung des Schwingens des Pendels eingeschaltet. Diese wurden auf einigen der genausten bekannten Uhren verwendet. Sie wurden gewöhnlich mit Vakuumpendeln auf astronomischen Uhren angestellt. Der Puls der Elektrizität, die das Pendel gesteuert hat, würde auch einen Taucher steuern, den Zahnrad-Zug zu bewegen.

Im 20. Jahrhundert hat W.H. Shortt eine freie Pendel-Uhr / Shortt-Synchronome_clock erfunden

mit einer Genauigkeit von hundertster von einer Sekunde pro Tag. In diesem System tut das timekeeping Pendel keine Arbeit und wird behalten, durch einen Stoß von einem belasteten Arm schwingend (Ernst-Arm), der auf das Pendel durch anderen (Sklave) Uhr gesenkt wird, kurz bevor es erforderlich ist. Der Ernst-Arm geht dann das freie Pendel voran, das ihn veröffentlicht, um aus Verpflichtung auf einmal herauszufallen, die völlig durch das freie Pendel gesetzt wird. Sobald der Ernst-Arm veröffentlicht wird, bringt er einen Mechanismus zu Fall, sich bereit zur Ausgabe durch die Nebenuhr neu zu fassen. Der ganze Zyklus wird synchronisiert vor einem kleinen Klinge-Frühling auf dem Pendel der Nebenuhr behalten. Die Nebenuhr wird veranlasst, ein bisschen langsam zu laufen, und der Rücksetzen-Stromkreis für den Ernst-Arm aktiviert einen drehbar gelagerten Arm, der sich gerade mit dem Tipp des Klinge-Frühlings beschäftigt. Wenn die Nebenuhr zu viel Zeit, seine Klinge-Frühlingsstöße gegen den Arm verloren hat und das das Pendel beschleunigt. Der Betrag dieses Gewinns ist solch, dass sich der Klinge-Frühling auf dem folgenden Zyklus nicht beschäftigt, aber auf dem folgenden wieder tut. Diese Form der Uhr ist der Standard für den Gebrauch in Sternwarten von der Mitte der 1920er Jahre, bis ersetzt, durch die Quarztechnologie geworden.

Zeitanzeige

Das anzeigende System ist fast immer das traditionelle Zifferblatt mit bewegenden Stunde- und Minutenhänden. Viele Uhren haben ein kleines drittes Handanzeigen Sekunden auf einem Unterstützungszifferblatt. Pendel-Uhren werden gewöhnlich entworfen, um durch die Öffnung des Glasgesichtsdeckels gesetzt zu werden, und manuell reicht das Stoßen der Minute das Zifferblatt zur richtigen Zeit herum. Die Minutenhand wird auf einem gleitenden Reibungsärmel bestiegen, der ihr erlaubt, auf seiner Laube gedreht zu werden. Die Stunde-Hand wird nicht aus dem Radzug, aber von der Minute vertrieben die Welle der Hand durch einen kleinen Satz von Getrieben, so die Minutenhand rotieren lassend, setzt manuell auch die Stunde-Hand.

Stile

Pendel-Uhren waren mehr als einfach utilitaristische Zeitnehmer; sie waren Statussymbole, die den Reichtum und die Kultur ihrer Eigentümer ausgedrückt haben. Sie haben sich in mehreren traditionellen Stilen entwickelt, die zu verschiedenen Ländern und Zeiten sowie ihr beabsichtigter Gebrauch spezifisch sind. Fall-Stile widerspiegeln etwas die während der Periode populären Möbelstile. Experten können häufig genau feststellen, als eine antike Uhr innerhalb von ein paar Jahrzehnten durch feine Unterschiede in ihren Fällen und Gesichtern gemacht wurde. Das sind einige der verschiedenen Typen von Pendel-Uhren:

  • Uhr des vom Parlament verabschiedeten Gesetzes
  • Banjo-Uhr
  • Klammer-Uhr
  • Kartell-Uhr
  • Comtoise oder Uhr von Morbier
  • Kristallgangregler
  • Kuckucksuhr
  • Uhr von Longcase (allgemein bekannt als eine Standuhr)
  • Laterne-Uhr
  • Kaminaufsatz-Uhr
  • Master-Uhr
  • Uhr von Ogee
  • Säule-Uhr
  • Schulhaus-Gangregler
  • Shortt-Synchronome_clock
  • Torsionschwingungsuhr (verwendet eine Torsionschwingung)
  • Türmchen-Uhr
  • Wiener Gangregler
  • Uhr von Zaandam

Siehe auch

  • Pendel
  • Hemmung
  • Dampfuhr
  • Sonderbare Zuneigung
  • Torsionschwingungsuhr

Links


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