DE66145C - Sonnenuhr - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

KLASSE 83: Uhren.

Sonnenuhr.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine tragbare und wenig kostspielige Sonnenuhr, welche an jeder beliebigen Stelle der Erde aufgestellt und mittelst der an der Uhr selbst vorhandenen Scalen gerichtet werden kann, ohne dafs man eine Bussole zu benutzen oder die Sonnenzeit zu kennen braucht. Ein derartiger Apparat stellt demnach im eigentlichen Sinne eine Taschensonnenuhr vor.

In der beiliegenden Zeichnung, in welcher eine derartige Sonnenuhr als Ausführungsbeispiel dargestellt ist, zeigt die Fig. 1 eine perspectivische Ansicht schräg von vorn, während die Fig. 2 den Apparat in einer perspectivischen Ansicht schräg von hinten darstellt. Die Fig. 3 zeigt eine Tabelle, welche zweckmäfsig auf der Vorderseite des Zifferblattes angebracht ist und in Minuten die Correcturen angiebt, welche man mit der von der Sonnenuhr angezeigten wahren Sonnenzeit vornehmen mufs, um die den gewöhnlichen Taschenuhren entsprechende bürgerliche Zeit zu erhalten. Fig. 4 zeigt eine zweite Tabelle, welche zweckmäfsig auf der hinteren Seite der Sonnenuhr angebracht wird und die zur Einstellung der Uhr erforderlichen Angaben enthält. Die Benutzung dieser vorerwähnten Tabellen soll später noch näher erläutert werden. Fig. 5 ist ein Diagramm, welches das Princip der Sonnenuhr klarstellt.

Im wesentlichen besteht die Sonnenuhr aus dem eigentlichen Zifferblatt a, welches aus irgend einem geeigneten Material, wie Holz, Carton oder dergleichen, gefertigt sein kann, und welches mit seiner unteren geradlinigen Kante xy auf einer horizontalen Platte aufruht. In das Zifferblatt α und rechtwinklig zur Ebene desselben ist ein Stab oder eine Leiste b eingesetzt, welche mit ihrer einen Kante durch den Mittelpunkt des Zifferblattes geht. An diesem Stab oder dieser Leiste b gleitet ein kreisbogenförmiger Schieber c, an welchem ein Kreisbogenschlitz d angebracht ist. In diesen letzteren greifen die Schrauben e e, welche in die Leiste b nahe an den Enden derselben eingeschraubt sind, mit ihren Spindeln ein, während die Köpfe dieser Schrauben ein Einstellen des beweglichen Kreisbogenstückes in irgend einer beliebigen Stellung zum Zifferblatt α und zur Leiste b gestatten.

Die Leiste b kann in dem Zifferblatt a in der in der Zeichnung angegebenen Weise durch die Druckschrauben f befestigt werden, welche durch das Zifferblatt α hindurchgehen und in einen Flantsch g eingreifen, welcher mit der. Leiste b aus einem Stück besteht. Die Befestigung kann indessen auch in einer beliebigen anderen Weise geschehen.

Der kreisbogenförmige Schieber c hat den Zweck, dem Apparat eine beliebige, mehr oder minder grofse Neigung zu geben, je nach dem betreffenden Breitengrade, unter welchem dieses Instrument aufgestellt werden soll. In der Zeichnung ist dieser Schieber so gewählt, dafs er das Zifferblatt α durchdringt. Es ist indessen ersichtlich, dafs er das Zifferblatt nicht zu durchdringen braucht, sondern beispielsweise auch eine einfache Verlängerung des hinteren Theiles der Leiste b vorstellen könnte. Auf der Leiste könnte der Schieber beispielsweise fest angebracht werden, so dafs der Apparat hierdurch eine ein- für allemal bestimmte Neigung erhält, welche einem be-

stimmten Breitengrad entspricht, oder aber der Schieber kann auch, wie in der Zeichnung angegeben, beweglich mit der Leiste b verbunden werden, so dafs eine Anwendung des Apparates unter allen Breitengraden möglich ist.

Das Zifferblatt a, die Leiste b und der Schieber c sind mit Sealentheilungen versehen, deren Zweck in nachstehendem klargelegt werden soll.

Nimmt man an, dafs an einem gegebenen Punkt der Erde der Apparat so aufgestellt ist, dafs die untere Kante der Leiste, welche durch den Mittelpunkt des Zifferblattes geht und in nachstehendem einfach mit Stundenachse bezeichnet werden soll, in der Richtung der Erdachse steht, so stellt die Ebene des Zifferblattes alsdann die Aequatorebene vor, und die Sonne dreht sich um die Achse in 24 Stunden derart, dafs der Schatten, welcher durch die untere Kante der Leiste b (d. h. durch die Stundenachse) auf das Zifferblatt geworfen wird, sich in einer Stunde um ³⁶%₄ oder 15⁰ verschiebt. Die Unterabtheilungen des Bogens von 1 5⁰ ergeben alsdann die Unterabtheilungen der Stunden.

Die erste Aufgabe* ist nun, die Sonnenuhr so einzustellen, dafs die Stundenachse in die Richtung der Erdachse zu liegen kommt. Nimmt man nun an, dafs diese Einstellung bereits vorgenommen ist, und verlängert alsdann die Stundenachse bis zum Schnitt mit der Horizontalebene in A, Fig. 5, so ist der Winkel A der Winkel des betreffenden Breitengrades, und da in dem Dreieck AOB der Winkel O ein rechter ist, so ergiebt sich hieraus, dafs der Winkel B den Complementwinkel der Breite vorstellt. Der Apparat ist nun so eingerichtet, dafs das Centrum des Kreisbogenschiebers c in B liegt, und derjenige Theil des Schiebers c, welcher zwischen der horizontalen Ebene und dem Zifferblatt α liegt, ist demnach bekannt, weil der Breitengrad eines jeden beliebigen Ortes bekannt ist und beispielsweise aus Kalendern oder geographischen Karten ersehen werden kann. Es genügt daher, das Complement dieses Breitengrades zu nehmen, um die Länge des Bogens zu finden, welcher zwischen der horizontalen Ebene und dem Zifferblatt α liegen mufs. Es ist daher leicht, durch Verstellen des Schiebers c an der Leiste b mittelst der an dem ersteren angebrachten Sealentheilung die geeignete Stellung dieses Schiebers gegenüber dem Zifferblatt zu bestimmen und durch Anziehen der Schrauben e e den Schieber festzustellen.

. Wenn die Sonnenuhr für denjenigen Breitengrad, wo dieselbe benutzt werden soll, eingestellt ist, kommt es darauf an, die Stundenachse in die Richtung von Norden nach Süden zu bringen, also parallel zur Erdachse einzustellen. Nimmt man nun an, der Apparat sei für einen bestimmten Punkt der Erde eingestellt, und S (s. Fig. 5) sei die Stellung der Sonne an einem bestimmten Tage, so werden die Sonnenstrahlen an dem Rand C des Zifferblattes vorbei auf die Stundenachse fallen und einen Schatten O D erzeugen, so dafs der Winkel OCD die Declination der Sonne für den betreffenden Tag vorstellt. Wenn die Länge O C constant ist, d. h. wenn das Zifferblatt die Gestalt einer Kreisfläche besitzt, wie in der Fig. ι und 2 bezeichnet, so ergiebt sich hieraus, dafs die Länge O D praktsich während eines ganzen Tages dieselbe bleibt, da die Declination der Sonne im Laufe eines Tages sich nicht merklich ändert. Wenn man also die Länge O D für einen gegebenen Tag kennt, so genügt es zur Einstellung der Sonnenuhr für diesen betreffenden Tag (nachdem man die Uhr vorher auf den betreffenden Breitengrad eingestellt hat), den Apparat um den Punkt B auf der horizontalen Ebene so lange zu drehen, bis der Schatten, welcher von dem Rand C des Zifferblattes auf die Stundenachse fällt, mit der als bekannt angenommenen Länge O D übereinstimmt. In den £_ OCD ist aber OD = O C tang C. Man kennt O C, und ebenso ist auch der Winkel C bekannt, da die Declination der Sonne für jeden Tag des Jahres aus Kalendern ersichtlich ist. Es ist daher leicht, eine Tabelle aufzustellen, welche die Länge O D für verschiedene Tage des Jahres enthält.

Aufserdem ist zu bemerken, dafs die Declinationswinkel der Sonne für verschiedene Tage des Jahres nicht merklich von einem Jahr zum anderen sich ändern. Die Rechnung ergiebt thatsächlich, dafs, wenn man eine Tabelle der mittleren Declinationswinkel für eine grofse Anzahl von Jahren aufstellt, die gröfste Abweichung zwischen den so erhaltenen mittleren Winkeln und den wirklichen Winkeln ungefähr ι ο Minuten ist, was einer Aenderung von ungefähr Y₃ mm in der Länge der Strecke O D entspricht, wenn man den Radius O C des Zifferblattes zu 10 cm annimmt.

Dieser Unterschied kann also in der Praxis innegehalten werden, und es ist leicht, eine ein- für allemal gültige Tabelle aufzustellen, welche die Länge O D für einen jeden Tag angiebt.

Die in der Fig. 4 dargestellte Tabelle, welche zweckmäfsig auf der Hinterseite des Zifferblattes angebracht wird, giebt OD für'den 1., 6., 11., 16., 21., 26. Tag eines jeden Monats an. Durch Interpolation ist es leicht, die entsprechende Länge für einen jeden dazwischen liegenden Tag zu ermitteln. Um ein leichtes Richten des Zifferblattes zu ermöglichen, ist die Leiste b an ihrer die Stundenachse bildenden unteren Kante mit einer Millimetertheilung versehen, welche sich von der Vorderfläche des Zifferblattes von Null aus in der einen Richtung und nach der hinteren Fläche hin nach der anderen Richtung

erstreckt. Es ist daher leicht, den einmal für einen bestimmten Breitengrad eingestellten Apparat so auf seiner Unterlage um eine Verticalachse zu drehen, dafs der durch den Rand C des Zifferblattes auf die Stundenachse geworfene Schatten auf der Scala die Länge O D erreicht, welche auf der Tabelle (Fig. 4) als die für den betreffenden Tag gültige angegeben ist. Die Sonnenuhr ist auf diese Weise richtig eingestellt und man kann nun die Zeit ablesen.

Hierbei ist zu bemerken, dafs die Sonne bei ihrer Drehung um die Stundenachse nicht immer auf derselben Seite der Ebene des Zifferblattes bleibt. Am 21. März, dem Tag der Frühlings-Tag- und Naohtgleiche, mufs die Sonne gerade in der Ebene des Zifferblattes stehen, während sie an den folgenden Tagen sich dem Zifferblatt gegenüber nach vorn verschiebt, so dafs die Declinationswinkel allmälig gröfser werden und demnach auch die Strecken O D wachsen. Die Länge der Strecke O D nimmt auf diese Weise allmälig bis zum 21. Juni, dem Tage der Sommersonnenwende, zu, wo der Declinationswinkel sein Maximum, ungefähr 23⁰ 23', erreicht hat, worauf die Sonne durch dieselben Phasen hindurch zurückkehrt und am 21. September, dem Tag der Herbst-Tag- und Nachtgleiche, wieder in der Ebene des Zifferblattes liegt. Von da ab senkt sich die Sonne und geht hinter der Ebene des Zifferblattes entlang, und von dieser Zeit projicirt sich die Länge O D auf dem vor dem Zifferblatt gelegenen Theil der Stundenachse, so dafs der ganze vordere Theil des Zifferblattes im Schatten liegt. Die Sonne fährt fort, sich zu senken, bis sie am 21. December, dem Tag der Wintersonnenwende, die gröfste Declination im entgegengesetzten Sinne gegenüber der Declination während der Sommersonnenwende erreicht hat. Alsdann kehrt die Sonne wieder zurück und stellt sich am 21. März wieder in die Ebene des Zifferblattes ein, um hierauf von neuem den Lauf in der vorbeschriebenen Weise zu beginnen.

Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, dafs während 6 Monate des Jahres (vom 21. September bis zum 21. März) die Sonne auf den hinteren Theil des Zifferblattes scheint, derart, dafs während dieser Zeit der auf die Stundenachse fallende Schatten sich auf den hinteren Theil des Zifferblattes projicirt. Um die Anbringung einer Sealentheilung auf diesem hinteren Theil zu vermeiden und insbesondere, um die jeweilige Lage des Schattens bequem erkennen zu können, kann man den Apparat aus einer durchsichtigen Substanz, wie mattirtes Glas etc., fertigen. Vorzuziehen ist indessen die in der Zeichnung angegebene Constructionsweise, bei welcher der untere Theil des Zifferblattes (wie bei h, Fig. 1 und 2, angegeben) längs des inneren Randes der Scalentheilung ausgespart ist. Der untere Rand der Aussparung h, welche auf diese Weise gebildet wird, wird nach hinten zurückgebogen, derart, dafs eine Aufbördelung i entsteht, auf welche sich ein Theil des von der Stundenachse auf die hintere Seite des Zifferblattes geworfenen Schattens projiciren kann. Der Schatten kommt auf diese Weise direct auf die Theilungen der Vorderseite des Zifferblattes zu liegen und kann leicht an dieser Vorderseite abgelesen werden. Zu bemerken ist, dafs es genügen würde, das Zifferblatt nach der Linie von 6 Uhr Morgens bis 6 Uhr Abends auszusparen, da im Winter die Tage weniger als 12 Stunden haben.

Schliefslich mufs auch dem Umstände Rechnung getragen werden, dafs die auf dem Zifferblatt angegebene Zeit die Sonnenzeit oder wirkliche Tageszeit ist. Die letztere stimmt aber nicht mit der von den Taschenuhren angegebenen bürgerlichen Zeit überein, da die Länge des Tages, nach der Sonnenzeit gerechnet, nicht mit den verschiedenen Tagen des Jahres übereinstimmt. Man würde also Taschenuhren mit Sonnenuhren nicht stellen können, man müfste sie bald vor-, bald nachstellen. Es hat dies darin seinen Grund, dafs die gewöhnlichen Taschenuhren die mittlere Zeit, d. h. die Zeit einer gedachten Sonne angeben, welche von demselben Punkt der Ekliptik wie die wirkliche Sonne ausgeht und nach Verlauf eines Jahres zu demselben Punkt wieder zurückkehrt. Die Unterschiede zwischen der wirklichen Sonnenzeit und der bürgerlichen Zeit schwanken während des Verlaufes eines Jahres nicht unmerklich , und der Erfinder hat daher eine in der Fig. 3 dargestellte zweite Tabelle angefertigt, welche vorzugsweise auf der Vorderseite des Zifferblattes angebracht wird und auf den 1., 6., 11., 16., 2i. und 26. Tag eines jeden Monats die Anzahl von Minuten angiebt, welche man zu der am Zifferblatt abzulesenden Sonnenzeit hinzuzählen oder von ihr abziehen mufs, um die bürgerliche Zeit zu erhalten.

Durch Interpolation ist es leicht, die Zahlen zu ermitteln, welche an den beliebigen, zwischen den angegebenen Tagen gelegenen Tagen des Jahres gelten. Die Zahlen, welche in der Tabelle (Fig. 3) mit dem Zeichen -j- versehen sind, müssen der Sonnenzeit hinzugefügt, die mit dem Zeichen — versehenen hingegen von der Sonnenzeit abgezogen werden.

Claims (4)

1. Patent-Anspruch:

   Eine Sonnenuhr, welche man, ohne die Sonnenzeit zu kennen und ohne eine Bussole anzuwenden, einstellen kann, gekennzeichnet durch:

   ι. ein zum Theil ausgespartes kreisförmiges Zifferblatt a, welches erforderlichenfalls an seiner Aussparung (h) mit einem aufgebogenen Rand i versehen ist;
2. 2. eine Stundenachse b, welche mit ihrer unteren Kante rechtwinklig durch die Mitte der Zifferblattebene hindurchgeht und mit einem kreisbogenförmigen Schieber versehen ist, dessen hinteres Ende auf einer horizontalen Ebene ruht;
3. "-,. eine auf dem Kreisbogenschieber angebrachte Scala, welche den Apparat auf eine den verschiedenen Breitengraden entsprechende Neigung einzustellen gestattet;
4. 4. eine auf der Stundenachse b angebrachte geradlinige Scala, welche das Richten der Sonnenuhr dadurch ermöglicht, dafs man dieselbe so lange dreht, bis der von dem Zifferblatt nach der einen oder anderen Seite hin auf die Stundenachse geworfene Schatten mit der im Voraus berechneten und für jeden Tag des Jahres am Apparat selbst durch eine Tabelle bezeichneten Länge übereinstimmt;

   eine an dem Zifferblatt angebrachte Correctionstabelle, welche für jede Zeit des Jahres die Anzahl der Minuten angiebt, die man zu der an der Sonnenuhr abgelesenen Sonnenzeit hinzufügen oder von derselben abziehen mufs, um die bürgerliche Zeit zu erhalten.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.