Zeitmesseinriehtung. Bei den Einrichtungen für Zeitmessung mit Pendel, beispielsweise Pendeluhren, wer den Pendel verwendet, welche an einem Pen delstab unten ein schweres Gewicht besitzen, während das Pendel oben an einer dünnen Blattfeder oder auf einer scharfen Schneide so aufgehängt ist, dass es schwingen kann. Die Schwingungszeit des Pendels hängt ab von dem Abstand des Aufhängepunktes von dem Schwerpunkt des Pendels. Man nennt diesen Abstand Pendellänge. Wenn sich die Pendellänge ändert, so ändert sich auch die Schwingungszeit des Pendels und damit auch der Gang der Uhr.
So entsteht zum Beispiel durch ein ,Strecken. der dünnen bei den Schwingungen dauernd hin und her ge bogenen Aufhängefeder des Pendels ein Gangfehler der Uhr.
Die Erfindung bezweckt, diese Fehler zu vermindern, und betrifft eine Zeitmessein- richtung mit einem Pendel, bei dem der Ab stand vom Aufhängepunkt zum Schwerpunkt des Pendels gleich ist dem Trägheitsradius des Pendelkörpers um seinen Schwerpunkt. Der Trägheitsradius des Pendelkörpers wird berechnet nach der Formel:
EMI0001.0018
Hierbei bezeichnet 9 den Tätigkeitsradius des Pendels, m die Masse des ganzen Pendel körpers, O das Trägheitsmornent des Pen dels um eine Achse, die parallel zur Schwin gungsachse durch den Schwerpunkt des Pen delkörpers gelegt ist.
Die Schwingungszeit eines solchen Pen dels ändert sich, wenn sich der Abstand des Aufhängepunktes von dem Pendelschwer punkt, das heisst die Pendellänge, ändert, im Verhältnis zur Änderung der Pendellänge nur wenig. Durch eine Störung der Pendellänge. zum Beispiel infolge einer Streckung der oben erwähnten Aufhängefeder des Pendels, ent steht also ein verschwindend kleiner Fehler des Uhrganges. Die Erfindung ist auf der beiliegenden Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispie len veranschaulicht.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen in schematischer Darstellung vier verschiedene Ausführungs beispiele des Pendels für die vorliegende Zeitmesseinrichtung.
In Fig. 1 ist der Pendelstab mit einem zweiten Gewicht oberhalb des Aufhänge punktes versehen; in Fig. 22 ist der Pendel stab als Zylinder ausgebildet; in Fig. 3 ist das zweite Gewicht unterhalb des Aufhänge punktes, und in Fig. 4 im Aufhängepunkt angeordnet; Fig. 5 ist ein senkrechter Querschnitt durch eine konstruktive Ausführung der Zeitmesseinrichtung mit einem Pendel gemäss Fig. 1;
Fig. 6 ist eine Seitenansicht auf die La gerung nebst Antrieb des Pendels nach Fig. 5; Fig. 7 veranschaulicht in einem Schema die elektrische Schaltung für die Ausfüh rung von Fig. 5 und @6 nebst der angeschlos senen elektrischen Uhr; Fig. 8 ist eine Seitenansicht auf eine an dere konstruktive Ausbildung finit einem Pendel gemäss Fig. 3;
Fig. 9 zeigt in Stirnansicht zu Fig. 8 eine Einzelheit.
Bei der in Fig. 1 schematisch veranschau lichten Ausführungsform des Pendels ist auf den Pendelstab<I>p</I> ein zweites Gewicht w' oberhalb des Aufhängepunktes A an solcher Stelle angebracht, dass der Trägheitsradius des Pendelkörpers um seinen Schwerpunkt .l7 gleich dem Abstand des Schwerpunktes .S vom Aufhängepunkt A ist. Die Schwin gungszeit dieses Uhrpendels ist gleich
EMI0002.0038
oder da P = o ist:
EMI0002.0040
wobei g die Erdschwere ist.
Die Schwin gungszeit als Funktion von<I>a</I> hat für<I>a = o</I> ein Minimum. In der 'Nähe dieses Minimums bedingt eine Änderung der Pendellänge nur eine verhältnismässig kleine Änderung der Schwingungszeit.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist der Pendelstab p als Zylinder ohne beson dere Gewichte ausgeführt, und dieser Zy linder ist im Abstand 9 von seinem Schwerpunkte S in A aufgehängt.
Dabei berechnet sich o aus den Massen des zylin drischen Stabes der Fig. 2:
EMI0002.0051
Wenn es schwierig sein sollte, den Pendel stab bei einer Uhr über die Pendelaufhän gung hinaus durchzuführen, wie dies bei den Pendeln nach Fig. 1 und 2 erforderlich ist, so ist es auch möglich, das obere Pendel gewicht 2o' grösser als das untere Gewicht 2v zu wählen und gemäss der Ausführungsform nach Fig. 3 das obere Pendelgewicht 2c' un terhalb des Aufhängepunktes A anzubrin gen.
Man kann dann also die normale Feder aufhängung des Pendels, wie sie jetzt im Uhrenbau gebraucht wird. auch bei dem neuen Pendel verwenden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist das zweite Gewicht w' in dem Aufhänge punkt<I>A</I> an der Pendelstange<I>p</I> angebracht. Auch hier ist das zweite Gewicht w' so be messen und angeordnet, dass der Abstand des Schwerpunktes S von dem Aufhängepunkt A gleich ist dem Trä,gheitsra,dius o des Pen delkörpers um den Schwerpunkt S. In die sem Sonderfall wird das Gewicht w' gleich dem Gewicht 2o, wenn man das Gewicht der Pendelstange gegenüber den Pendelgev,ich- ten vernachlässigen kann.
Fig. 5 und 6 stellen eine Zeitmesseinricb- tung mit dem Pendel nach der Fig. 1 in Verbindung mit einer elektrisch angetrie benen Uhr dar.
Die Pendelstange p, die vorteilhaft aus Invarstahl hergestellt ist, trägt an ihren bei den Enden die Gewichte<I>w</I> und<I>w',</I> welche mit der Pendelstange am besten in einem Stück hergestellt werden. Das untere Ge- wicht w ist grösser als das obere Gewicht zv'. Dadurch kommt der Schwerpunkt S unter halb der Mitte der Pendelstange p zu liegen. Trägt man von S den nach der eingangs be schriebenen Weise berechneten Trägheits- radius o nach oben ab, so erhält man den Aufhängepunkt A, der unterhalb des obern Gewichtes w' liegt.
Das Gewicht w' ist beiderseits mit je einer Schneide a1 und a' versehen, deren Unterkanten den Abstand O vom ,Schwerpunkt .S besitzen, also im Auf hängepunkte A. liegen. Die beiden Schneiden a', a' liegen auf zwei Lagern (Steinen) ca3 und a' auf, die in der Tragplatte b des Pen dels eingelassen sind.
Die Tragplatte b ist zwischen den Lagern a', a4 mit einer Durch brechung b1 versehen, durch welche der Pen delstab p hindurchtreten kann, so dass das Pendel um die Schneiden a1, a2 schwingen kann.
Der Antrieb erfolgt im vorliegenden An wendungsbeispiel elektromagnetisch. Ein permanenter Hufeisenmagnet c ist in geeig neter Weise zum Beispiel mittelst Schraube c' in einem ,Schlitz c' des Ansatzes c', oben an dem Gewicht 2v' befestigt.
Beim Schwin gen des Pendels schlägt der Magnet c in der Gleichgewichtslage des Pendels über einen oder mehrere stromdurchflossene Drähte, bei spielsweise über die mittleren Windungen dl einer 8-förmig gewickelten Spule d, die an einem auf der Tragplatte b befestigten Stän der b2 in geeigneter Weise befestigt ist. Das untere Gewicht w des Pendels besitzt eine Spitze t, welche, wenn das Pendel bei der Schwingung durch die Gleichgewichtslage geht, eine dünne Feder<B>f</B> l- durchbiegt, bis sie an dem abgebogenen Ende dieser Feder vor beigegangen ist.
Bei der Rückschwingung des Pendels wird dann die dünne Feder f i durch die Spitze t in der entgegengesetzten Richtung abgebogen. Die Feder f1 ist als Kontakt, welcher gemäss dem Schaltschema der Fig. 7 durch die Leitung f 4 mit dem einen Ende der Spule d verbunden ist, aus gebildet, und , beiderseits der Blattfeder f i sind die festen Kontakte f2 und f3 angeord net, die durch die Leitungen f J und f e mit einer geeigneten Stromquelle, beispielsweise dem Akkumulator f', verbunden sind.
Mit u ist eine elektrische Uhr mit polarisiertem Magnet bezeichnet, die eine beliebige und be kannte Ausbildung besitzen kann und in folgedessen nicht näher beschrieben und dar gestellt zu werden braucht. Wie ebenfalls bekannt ist, wird bei jedem Polwechsel durch den Magnetanker der Uhr ein Zahnrad wei tergeschaltet und so der damit verbundene Zeiger der Uhr weitergedreht. Ein Pol der Ankerwicklung dieser Uhr ist mit dem an dern Ende der Spule<I>d</I> durch Leitung<I>f $</I> ver bunden und der andere Pol der Ankerwick lung der Uhr durch Leitung f ' mit dem Akkumulator f'.
Schwingt das Pendel p hin und her, so wird durch die beschriebene Abbiegung des federnden Kontaktes f1 einmal der Strom über den Kontakt f 3 und das andere Mal über den Kontakt f' geschlossen und ent sprechend die Richtung des durch die Spule d geleiteten Stromes umgekehrt. Je nach der Stromrichtung in der Spule d erfährt daher das Pendel, wenn sein Magnet c in der Gleichgewichtslage des Pendels über die mitt lere Windung dl der Spule d schlägt, durch den Magnet c einen Antrieb entweder nach rechts oder nach links. Auf diese Weise wird dem Pendel bei jedesmaligem Durchgang durch die Gleichgewichtslage ein neuer An triebsimpuls erteilt.
Der Zweck dieser Kon struktion besteht darin, dass der Antrieb des Pendels nur beim Überschlagen der mittleren Windung d' durch den Magneten c erfolgen kann. Auch wenn die Kontaktfeder f i den Strom etwas früher oder später schliessen sollte (zum Beispiel durch Abnutzen der Kontakte), kann trotzdem der Antrieb des Pendels nur in der Mittellage erfolgen.
Das Pendel wird für genaue Messungen am besten in ein gasdicht geschlossenes Ge häuse eingesetzt, das im vorliegenden Fall aus dem Unterteil l' und der Haube l2 be steht. Das Gehäuse ist mit Wasserstoff oder Helium mit geeignetem Druck gefüllt. Da durch wird jede Oxydation des Pendels ver- mieden und eine sehr geringe Pendelreibung durch das geringe spezifische Gewicht dieser Gase erzielt. Gleichzeitig gewähren diese Gase eine gute Wärmeleitung, so dass Fehler durch Temperaturschichtung, die bei voll kommenem Vakuum in dem Gehäuse sehr gross werden können, nicht zu befürchten sein.
Beim Anwendungsbeispiel nach Fig. 8 ist ein Pendel nach Fig. 3 benutzt. Das obere Gewicht w' ist in diesem Falle grösser als das untere Gewicht av, dadurch fällt der Schwer punkt S oberhalb der Mitte der Pendelstange p. Trägt man jetzt den Trägheitsradius von dem Schwerpunkt S nach oben ab, so ergibt sich der Aufhängepunkt El, wie in Fig. 8, oberhalb des obern Gewichtes w'.
Das Pendel kann infolgedessen in der an sich bekannten: Weise mittelst einer Blatt feder v an einer Konsole v' aufgehängt wer den, wie dies bisher bei Uhrpendeln meistens üblich ist.
Der Antrieb des Pendels erfolgt in vor liegendem Falle in der allgemein bekannten Weise mechanisch durch ein normales Uhr werk mit Ankerhemmung. Die Welle e des Ankers liegt in der gleichen horizontalen Linie mit der Schwingachse A der Blattfeder v.
Die Ankerwelle e ist bei e' nach unten kurbelartig gekröpft und umfasst mit dem freien gegabelten Ende e' den Pendelstab, so dass die Ankerwelle von dem schwingen den Pendel hin- und hergedreht wird. Ankerhemmungen und Zeigerwerk der Uhr können in irgend einer normalen be kannten Weise ausgeführt sein, wie dies in Fig. 9 schematisch dargestellt ist.
In dieser bezeichnet e3 den Anker, der auf der Anker welle e befestigt ist. e4 und e' bezeichnen die Klauen des Ankers, die infolge der Hin- und Herschwingung, welche der Welle e durch das Pendel p erteilt wird., wechselweise in die Zahnlücken des Hemmrades e8 eingrei fen. Die Ausbildung und Wirkungsweise dieser Ankerhemmung ist so allgemein be- kannt und üblich, dass eine besondere Be schreibung nicht erforderlich ist.