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Titel
Uhren,
[* 3]
Instrumente, die zur Messung und
Einteilung der Zeit dienen.
(Tafel:
Uhren I zeigt verschiedene Modelle moderner
Zimmer
uhren, während Taf.
II den innern Mechanismus einzelner
Uhrengattungen erläutert.) Die Alten kannten
nur die
Sonnenuhr
[* 4] (s. d.), die Sanduhr (s. d.)
und die
Wasseruhr (s. d.).
Tycho
de
Brahe verfertigte sich zu astron. Gebrauch eine Uhr,
[* 5] wobei er statt des Sandes
Quecksilber
verwandte. Die modernen sind mit Räderwerk versehen. Der Erfinder dieser Räder
uhren ist nicht mit Bestimmtheit anzugeben.
Erst im 12. Jahrh. fing man in den
Klöstern an, Schlag
uhren mit Räderwerk zu gebrauchen.
Dante erwähnt
ausdrücklich die Schlag
uhren, die hiernach schon zu Ende des 13. Jahrh. in
Italien
[* 6] bekannt gewesen sein müssen. 1288 erhielt
ein engl. Mechaniker ein Privilegium für die Verfertigung einer Uhr für den
Turm
[* 7] der Westminsterhalle. Doch
wurden die
Turmuhren erst im 14. Jahrh. allgemeiner, wo sie in
Bologna,
Nürnberg,
[* 8]
Straßburg,
[* 9] Courtray,
Speyer
[* 10] u. s. w. vorkommen
und Jak. Dondi in
Padua
[* 11] sowie
Heinrich von
Wiek oder Wyck, ein
Deutscher, als Verfertiger von
Turmuhren berühmt waren.
Gegen Ende des 15. Jahrh. waren die auf dem Kontinent wie in England schon
sehr verbreitet; um 1484 brauchte man sie schon zu astron.
Beobachtungen. Die
Taschenuhren (Sack
uhren) hat, wie unzweifelhaft
nachgewiesen worden ist, der
Nürnberger Schlosser
Peter
Hele (1480-1542) erfunden; schon 1511 hatte er die tragbare Uhr so
vervollkommnet, daß sie 40
Stunden ging und schlug. Nach ihrer Form bekamen die
Nürnberger Sack
uhren
den
Namen
«Nürnberger Eyerlein»; noch heute nennt man scherzhaft
«Nürnberger Eier»
Taschenuhren, die eine ungewöhnliche
Größe
oder
Dicke besitzen.
Die ältesten
Turm- und Zimmer
uhren, besaßen zur Regelung eines gleichförmigen Räderablaufs einen hin und her schwingenden,
mit Gewichten belasteten
Stab
[* 12] (Wag oder
Bilanz genannt), dessen
Achse an einem
Faden
[* 13] aufgehangen war. Huyghens
erfand 1656 die eigentliche Pendeluhr, d. h. die
Verbindung des durch die Wirkung der
Schwere schwingenden Pendels mit der
Spindelhemmung der alten
Waguhren (s. unten). Galilei war schon 1641 auf die Idee gekommen, das Pendel
[* 14] in den damaligen
anzuwenden. Die Repetieruhren erfand
Barlow in
London
[* 15] 1676. Als Erfinder der sehr genauen tragbaren
(Chronometer,
s. d.) ist der Engländer
Harrison (gest. 1776) zu betrachten.
An jeder heutigen Räderuhr sind vier Hauptbestandteile zu unterscheiden:
1) der Bewegungsapparat, welcher die zum Gange erforderliche Kraft [* 16] entwickelt;
2) das Räderwerk, ein System ineinander greifender verzahnter Räder, wodurch die Zeiger mit der angemessenen und gleichförmigen Geschwindigkeit bewegt werden;
3) der Regulator, [* 17] das eigentlich Zeitmessende an der Uhr, nämlich eine Vorrichtung, welche kleine, aber höchst regelmäßige Bewegungen von bestimmter kurzer Zeitdauer fortwährend vollbringt, die dann durch das Räderwerk gleichsam gezählt und mittels der Zeiger auf dem Zifferblatt registriert werden;
4) die Hemmung, auch der Gang [* 18] oder das Echappement genannt, ein Verbindungsglied zwischen Räderwerk und Regulator mit der doppelten Bestimmung, einerseits das Ablaufen des Räderwerkes zu verzögern, andererseits dem Regulator fort und fort mittels kleiner Einwirkungen dasjenige an seiner selbständigen Bewegkraft zu ersetzen, was er durch Reibungen und Luftwiderstand einbüßt. Die Bewegungen des Regulators sind Schwingungen eines Pendels oder eines kleinen Schwungrades, der sog. Unruhe (s. d.); danach teilen sich die in Pendeluhren (frz. pendules, engl. clocks) und Unruhuhren (frz. montres, engl. watches). Das Pendel besteht aus ¶
mehr
einem Holz- oder Metallstabe, an welchem unten ein linsenförmiger Körper befestigt ist, während er oben mittels einer
biegsamen Stahlfeder aufgehängt ist (Federaufhängung). Hinsichtlich der bewegenden Kraft unterscheidet man Gewichtuhren,
Federuhren, Elektrische Uhren
[* 20] (s. d.), nach der Art des Gebrauchs Schlaguhren, Wecker,
Taschenuhren, Stutzuhren, Standuhren, Wand- und Turmuhren,
astronomische Schiffsuhren u. s. w. Bei den Gewichtuhren,
welche fast ohne Ausnahme Pendeluhren sind, wird das Räderwerk durch ein Gewicht in Bewegung gesetzt, das an einer um eine
bewegliche Walze gewundenen Schnur hängt, vermöge seiner Schwere herabsinkt und dadurch jene Walze um ihre Achse dreht.
Ein mit der Walze verbundenes Zahnrad setzt nun weiter eine Reihe von Rädern und Getrieben in Bewegung, so daß das letzte Rad sich mit der größten Geschwindigkeit umdreht. Dieses letzte Rad wird aber vermöge der Schwingungen des Pendels durch die Hemmung (s. unten) dergestalt verzögert, daß die Gewichtwalze und das niedersinkende Gewicht nur äußerst langsam sich bewegen können und das Werk geraume Zeit nach einem Aufzuge im Gange bleibt (12-Stunden-, 24-Stunden-, 8- Tage-, Monats- und Jahruhren).
Zufolge gehöriger Einrichtung des Räderwerkes muß darin ein Rad vorkommen, welches genau in einer Stunde einmal sich umdreht (Minutenrad); auf die Achse dieses Rades wird der Minutenzeiger gesteckt, und durch ein besonderes kleines Räderwerk (Zeiger- oder Vorlegewerk) empfängt der Stundenzeiger seine zwölfmal langsamere Bewegung. Bei den Federuhren, welche Pendeluhren (wie die Stutzuhren) oder Unruhuhren (wie die Taschen- und Reiseuhren) sein können, ist die bewegende Kraft die Elasticität einer langen, mehr oder weniger breiten, sehr dünnen Stahlfeder, die im Innern einer Trommel (des Federhauses) um deren Achse (den Federstift) spiralförmig gewunden, mit einem Ende an dieser Achse, mit dem andern an der Wand der Trommel befestigt ist (s. Tafel: Uhren II, [* 19] Fig. 1 a u. b). Entweder die Trommel oder ihre Achse ist unbeweglich; durch das Bestreben der Feder, sich zu entwickeln, wird daher im ersten Falle der Federstift, im zweiten Falle das Federhaus umgedreht und kann so das Räderwerk in Gang setzen.
Dabei nimmt die Kraft der Feder desto mehr ab, je weiter sie sich entwickelt. Damit aber dieser Umstand keinen nachteiligen Einfluß auf den gleichförmigen Gang der Uhr habe, muß eine vollkommen konstruierte Hemmung angewendet werden; außerdem macht man die Feder möglichst lang, gebraucht jedoch nur die mittelsten Umgänge derselben, während welcher die Kraft annähernd gleichmäßig bleibt. In andern Fällen benutzt man zur Ausgleichung des allmählich abnehmenden Zugs der Feder die Schnecke [* 19] (Fig. 2), einen abgestutzt kegelförmigen Körper, welcher mit dem Federhause durch die Kette verbunden ist.
Letztere befindet sich, wenn die Uhr aufgezogen ist, ganz um die Schnecke, von dem dickern nach dem dünnern Ende derselben aufgewunden. Wenn nun die Feder das Federhaus umdreht, zieht dieses die Kette an sich, durch deren Abwicklung von der Schnecke auch letztere sich dreht. Indem die Kette zuerst an dem kleinsten, später mehr und mehr an einem größern Halbmesser der Schnecke thätig ist, erfolgt die Ausgleichung der Zugkraft der Feder. Die frühern Taschenuhren mit der jetzt nicht mehr angewendeten Spindelhemmung konnten infolge der Unregelmäßigkeiten der Zugfeder, des Räderwerkes und der Mängel, welche mit dem Spindelgange unzertrennlich waren, Schnecke und Kette nicht entbehren; jetzt wendet man die Schnecke nur noch in Präcisionswerken an, in den Chronometern ausschließlich.
Von den Hemmungen ist die älteste die Spindelhemmung der Waguhr [* 19] (Fig. 3). Die Schwingungen des Wagebalkens (Bilanz) a a, deren Dauer durch versetzbare Gewichte reguliert werden kann, werden auf die Spindel b übertragen; die beiden an der Spindel befestigten Lappen stellen sich abwechselnd den Zähnen des kronenförmigen Hemmungs-, Steig- oder Gangrades c entgegen und zwingen es zu einer ruckweisen Bewegung, deren Abschnitte unter sich gleich sind. Für Pendeluhren geringerer Art (Schwarzwälder hat man die einfache Hakenhemmung, bestehend aus einem Rade mit schräg eingeschnittenen, spitzen Zähnen (dem Steigrade) und dem stählernen Haken, welcher durch die Schwingungen des Pendels sich derartig hin und her bewegt, daß er wechselweise auf der einen und auf der andern Seite des Steigrades einem Zahne desselben sich entgegenstellt und so dasselbe einen Augenblick anhält. Bei weitem vorzuziehen ist die Ankerhemmung von Graham [* 19] (Fig. 4), bei der das Gangrad von ähnlicher Beschaffenheit ist, an die Stelle des Hakens aber der nach seiner Gestalt benannte Anker [* 21] tritt. Dieser Anker a hat zwei Arme, an deren Enden verstellbare Klauen m und n sitzen, die abwechselnd die Zähne [* 22] des Steigrades b aufhalten. Bei der Stiftenhemmung [* 19] (Fig. 5) hat der Anker v eine veränderte Form und das Gangrad w statt der Zähne einen Kreis [* 23] von Stiften auf seiner Fläche.
Künstlichere Hemmungen werden bei astron. Pendeluhren angewendet; doch ist man in neuerer Zeit fast allgemein auf die allereinfachste Form, auf den vorzüglichen Grahamschen Anker zurückgekommen und erzielt damit große Erfolge. Die Normaluhr der Berliner [* 24] Sternwarte [* 25] ergiebt beispielsweise nur eine Abweichung von 0,015 Sekunde in ihrem täglichen Gange; doch genügt für die Präcisionsbestimmung der Zeit eine Genauigkeit von 0,1 Sekunde täglicher Abweichung, während für den bürgerlichen Gebrauch eine größere Anzahl von Sekunden zulässig ist; bei den alten Spindeluhren bestand die Abweichung allerdings in Minuten.
Unruhuhren der ältesten Art haben die Spindelhemmung, die schon die alte Waguhr (s. oben) besaß, und heißen aus diesem Grunde Spindeluhren. Die allgemein verbreitetsten Unruhuhren besitzen die Cylinderhemmung (von Tompion 1695 erfunden und von Graham wesentlich verbessert), welche statt der Spindel einen kleinen stählernen, halb ausgeschnittenen Cylinder und ein Gangrad (Cylinderrad) mit eigentümlich gestalteten, senkrecht gegen die Radfläche stehenden Zähnen enthält.
Die perspektivische Ansicht des Cylinders und des Cylinderrades giebt [* 19] Fig. 6. In [* 19] Fig. 7 sind fünf Stellungen des im Querschnitt gezeichneten Cylinders gezeichnet; m ist die Eingangs- und n die Ausgangslippe des Cylinders. In [* 19] Fig. 13 ist das ganze Räderwerk einer Taschenuhr mit Cylinderhemmung (Cylinderuhr) wiedergegeben. Das mit einem Zahnkranz versehene Federhaus a ist links in Ansicht, rechts im Schnitt dargestellt;
t und v sind die beiden Haken zum Einhängen der Zugfeder, b der vierkantige Stift, über den zum Aufziehen der hohle Uhrschlüssel gesteckt wird;
c ist das Sperrrad, in welches ein Sperrzahn ¶
mehr
eingreift, der das Ablaufen der Feder verhindert, d das Vierkant zum Stellen der Zeiger;
die Welle von d trägt am andern Ende den Minutenzeiger s;
c ist das Minutenrad, n das Minutenrohr;
von wo aus das Wechselrad o und das auf dem Stundenrohr sitzende Stundenrad p mit einem solchen Übersetzungsverhältnis angetrieben werden, daß der Stundenzeiger r zwölfmal so langsam geht als s;
vom Minutenrad e aus wird durch ein Zwischenrad f das Sekundenrad g mit dem Sekundenzeiger h bewegt und zwar mit der 60fachen Übersetzung ins Schnelle.
Von g aus empfängt das Cylinderrad i und der dieses ruckweise hemmende Cylinder k den Antrieb. Auf der Achse von k sitzt die Unruhe l mit der Spiralfeder m. Auf der Achse des Federhauses a sitzt auf der entgegengesetzten Seite von b die in [* 26] Fig. 9 in Vorderansicht gezeichnete Stellvorrichtung, bestehend aus dem Stellrad oder Malteserkreuz a und dem Stellzahn b. Durch die Form der Zähne des Malteserkreuzes wird beim Aufziehen ein vollständiges Anspannen und Ablaufen der Feder verhindert. Als noch vollkommenere Hemmungen gebraucht man für Unruhuhren mehrere Arten der Ankerhemmung. Bei der englischen Ankerhemmung [* 26] (Fig. 14) hat das Ankerrad a spitze Zähne. Die am Anker b sitzende Gabel c wird von der auf der Unruhachse befestigten Hebescheibe d mit Hebestift i in Schwingungen versetzt, die durch die Stifte v und w begrenzt werden. Bei der Schweizer Ankerhemmung [* 26] (Fig. 11 u. 12) hat das Ankerrad a abgestumpfte sog. Kolbenzähne;
b, c, d, i, v, w sind dieselben Teile wie in [* 26] Fig. 14;
m ist eine Kompensationsunruhe, mit der Spiralfeder n, deren Gang man mit der Rückvorrichtung o regulieren kann;
s ist das Sekundenrad.
Während bei der Cylinderhemmung, sobald der Antrieb vermittelst der Keilfläche eines Cylinderradzahnes auf die Unruhwelle (Cylinder) geschehen ist, sich stets eine Zahnspitze dieses Rades an den Cylinder legt und auf demselben ruht (entweder außen oder innen), wirkt bei den Ankerhemmungen die Kraft des Gangrades nicht direkt auf die Unruhe ein, sondern es wird dies erst durch ein Zwischenglied, den Anker, besorgt. Die erstern nennt man daher Hemmung mit reibender Ruhe, die letztern freie Hemmung.
Die Taschenankeruhren sind neben den Cylinderuhren am weitesten verbreitet, doch verlangt der Ankergang immer eine sorgfältigere Ausführung, wenn er gute Dienste [* 27] verrichten soll; es ist deshalb bei Anwendung eines geringen Kaufpreises eine Cylinderuhr vorzuziehen, auch bringt der in die Uhr eindringende Staub eine Ankeruhr in der Regel leichter zum Stillstand. Eine weitere Art der Hemmung ist die besonders bei Turmuhren angewendete Federhemmung. Bei derselben sitzt eine kleine Zugfeder am Steigrade. Dieselbe wird durch Umdrehung der Steigradwelle alle Minuten gespannt und treibt das Pendel an. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß das Pendel vom Laufwerk getrennt ist und daher äußere Einflüsse (wie Sturm) auf die Zeiger und Zeigerleitungen keinen störenden Einfluß auf das Werk üben. Bessere besitzen Kompensationsvorrichtungen. Näheres darüber s. Pendel und Unruhe.
Die ältern Wanduhren sind von den neuern sog. Regulatoruhren fast verdrängt worden. Diese besitzen ein längliches Holzgehäuse, welches das Pendel mit einschließt. Sie gehen meist 8 Tage in einem Aufzuge. Die ältern haben Gewichte, die neuern Federn.
Kontrolluhren dienen zur Kontrolle des Dienstes von Beamten, wie Heizer, Wächter, Portiers u. s. w. Bei diesen bewegt sich ein Zifferblatt aus Papier in der Uhr. Der Wächter muß, um seine Gegenwart auf der betreffenden Station zu einer bestimmten Stunde anzuzeigen, einen Schlüssel in die Uhr einführen und herumdrehen, wodurch auf dem Papierzifferblatt ein Loch an der betreffenden Stundenzahl entsteht. (Weiteres s. Bd. 17.)
Nach der Zeit, welche von den angezeigt wird, unterscheidet man
astronomische oder Sternuhren (für Sternzeit), für mittlere Zeit
(die gewöhnlichsten) und für wahre Sonnenzeit. Eine Uhr, welche die beiden letztern Zeiten zugleich angiebt,
wird als Äquationsuhr bezeichnet.
Mit vielen verbindet man auch allerlei, teils zur Bequemlichkeit dienende Nebenvorrichtungen, als Sekunden- und Datumzeiger (Angabe des Wochen- und Monatstages), Schlag- und Repetierwerke, Wecker. Eine besonders wichtige Verbesserung der Taschenuhren geschah durch die Beseitigung der Schlüssel; solche welche man schlüssellose (frz. Remontoirs, engl. Keyless) nennt, werden am Knopfe des Aufhängringes aufgezogen. Durch Verschieben eines seitlichen Riegels kann dann der Knopf zum Stellen der Zeiger gebraucht werden.
Der Selbstaufzug für Taschenuhren, bewirkt durch das jedesmalige Schließen des vordern Gehäusedeckels, ist nur für mit Doppeldeckel verwendbar; er findet sich selten vor und paßt nur für von tadelloser Ausführung des Gehäuses und Werkes. Ferner ist noch eine Uhr mit selbstthätigem Aufzug, [* 28] die sog. Perpetualuhr des Ingenieurs von Loehr in Wien, [* 29] zu erwähnen; die Zugfeder dieser Uhr wird durch die beim Gehen, Treppensteigen u. s. w. während des Tragens entstehenden Erschütterungen selbstthätig aufgezogen; das Werk erfordert eine gute Ausführung und sorgfältige Behandlung.
Das Princip dieses Aufzugs ist schon lange bekannt, denn bereits Napoleon I. trug eine sog. Klöppel- oder
Schlägeluhr; sie war jedoch von bedeutendem Umfange. Der Aufziehmechanismus konnte erst für die Verbesserungen von Loehrs
für Taschenuhren von gewöhnlicher Größe Anwendung finden. Ein großes
astronomisches Uhrwerk befindet
sich im Straßburger Münster.
[* 30] Es ist dies die dritte Uhr des Münsters. Die erste stammte aus dem J. 1352; nachdem diese den
Dienst versagte, kam die astron. Uhr von Isaak und Josias Habrecht 1574 zur Aufstellung, und nachdem auch dieses Wert seine
Thätigkeit dauernd eingestellt hatte, kam das von Schwilguée 1838-42 gebaute Werk in Gang. Außer den
astron. Angaben u. s. w. beleben viele bewegliche
[* 26]
Figuren das Werk,
z. B. das Erscheinen der 12 Apostel; ein Hahn
[* 31] auf der linken Seite kräht mittags und schlägt mit den Flügeln.
Eine 1895 (zum 50jährigen Bestehen der Glashütter Uhrenindustrie) ausgestellte Taschenuhr der «Union» in Glashütte zeigt 1/5 Sekunden genau an und macht alle Kalenderangaben. Sie geht auf 40 Steinen und besitzt 738 einzelne Teile, darunter ein Rädchen von 9½ mm Durchmesser und 300 Zähnen. Einzelne Schräubchen sind nur mit der Lupe [* 32] zu erkennen, obgleich sie 6 Gänge besitzen. Der Durchmesser der ganzen Uhr beträgt nur 70 mm, der Preis war 5000 M.
Die Uhrenfabrikation ist heute vorwiegend eine Massenerzeugung. Als Hauptfabrikationsland für Taschenuhren guter Qualität ist die Schweiz [* 33] ¶