Titel: | Bericht des Hrn. Edmund Becquerel über die elektrischen Uhren von Paul Garnier. |
Fundstelle: | Band 110, Jahrgang 1848, Nr. XXXVI., S. 177 |
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XXXVI.
Bericht des Hrn. Edmund Becquerel über die elektrischen Uhren
von Paul
Garnier.
Aus dem Bulletin de la société d'Encouragement, Juni
1848, S. 311.
Mit Abbildungen auf Tab.
IV und v.
Garnier's elektrische Uhren.
Seit einigen Jahren vermehren sich die Anwendungen der Elektricität auf die Künste in
dem Maße, als man die Wirkungsweise dieses geheimnißvollen Agens mit mehr Sorgfalt
studirt. Die auf die Mechanik bezüglichen Anwendungen desselben beruhen
größtentheils auf dem Magnetisiren eines weichen Eisenstabes, und zwar durch einen
elektrischen Strom, welcher durch einen um den Eisenstab gewundenen Leitungsdraht
geführt wird. Das plötzliche und wiederholte Magnetischmachen eines Elektromagnetes
bringt eine Reihe von Anziehungen eines Ankers von weichem Eisen hervor, und kann
also eine hin- und wiederkehrende Bewegung erzeugen, welche sehr leicht durch
verschiedene mechanische Combinationen in eine kreisförmige zu verwandeln ist. Dieß
ist das Princip, welches man bei der Construction der meisten elektrischen
Telegraphen und Uhren bisher angewendet hat. Obgleich nun alle derartigen
Instrumente auf dem wiederholten Magnetischmachen eines weichen Eisenstabs beruhen,
so ist doch damit noch lange nicht gesagt, daß alle diese Apparate einander
gleichen; gerade an der Wirkungsweise der verschiedenen Theile einer jeden solchen
Maschinerie, und an der Art wie die Kraft fortgepflanzt wurde, kann man das Talent
des Constructeurs erkennen.
Hr. Paul Garnier (Uhrmacher in Paris, rue Taitbout No. 8 und 14) hat durch seine bereits
ausgeführten Instrumente die Aufgabe gelöst, die von einer Normaluhr angegebene Zeit
einer gewissen Anzahl von secundären Uhren oder chronometrischen Apparaten so
mitzutheilen, daß alle genau mit der Normaluhr gehen, ohne daß irgendeine
Temperaturveränderung hiebei einen Einfluß ausüben könnte.
Die Normaluhr ist eine gewöhnliche Uhr und hat den Zweck, einen elektrischen Strom in
der Minute so oft zu unterbrechen als man will. Diese Normaluhr hat auf der
Steigradachse einen Stern von Stahl mit mehr oder weniger Strahlen, je nachdem man
eben mehr oder weniger Unterbrechungen hervorbringen will. In geringer Entfernung
von dem Sterne befindet sich ein Getriebe auf dessen Achse kleine Flügel befestigt
sind, die durch ein Hülfräderwerk in Bewegung gesetzt werden. Je größer die Zahl dieser
Flügel ist, desto länger kann das Hülfsräderwerk gehen ohne aufgezogen zu werden.
Will man eine gewöhnliche Uhr statt einer Normaluhr anwenden, so können die Räder
des Schlagwerkes als Hülfsräderwerk dienen. (Das Schlagwerk geht natürlich dabei
verloren.) Der Zapfen des Getriebes geht durch die hintere Platte der Uhr hindurch,
und es ist hier auf denselben ein kleiner Hebring aufgesteckt, welcher ebensoviele
Daumen hat als Flügel vorhanden sind. Da die Flügel den Strahlen des Sternes
begegnen, so gestattet die Bewegung der Steigradachse die drehende Bewegung des
kleinen Heberinges. Ein Hebel mit Feder, der sich an den Hebring anlegt, wird
jedesmal gehoben, so oft ein Daumen des Hebringes senkrecht auf dem Hebel steht.
Diese abwechselnde Bewegung des Hebels bringt eine Unterbrechung der Berührung eines
Plättchens von reinem Golde mit einer gehärteten und polirten Stahloberfläche
hervor. Da der elektrische Strom in Folge der Berührung dieser beiden Metalle
hergestellt ist, so wird derselbe auch durch jedes Aufhören der Berührung
unterbrochen. Die Aufgabe der gewöhnlichen oder Normaluhr ist demnach keine andere,
als den elektrischen Strom in regelmäßigen Zeitabschnitten zu unterbrechen.
Jeder chronometrische Apparat oder jede elektrische Uhr hat an ihrer Basis einen
Elektromagnet, durch dessen Drahtumwindungen der elektrische Strom geht. Ein Anker
von weichem Eisen wird jedesmal angezogen, so oft der Strom durch den Draht geht,
und nimmt seine frühere Stellung wieder an, wenn der Strom unterbrochen ist. Um zu
vermeiden daß der Anker und der Elektromagnet an einander hängen bleiben, bringt man
zwischen beide, wie gewöhnlich, ein Blättchen sehr feines Papier. Der Anker ist mit
einem Hebelarme in Verbindung, welcher eine Feder und eine Sperrklinke trägt, die in
ein Sperrrad eingreift. Jede Anziehung des Magnets bringt eine Bewegung des
Hebelarms hervor, wodurch das Sperrrad um einen Zahn vorwärts bewegt wird. Jede
Bewegung um zwei Zähne zugleich wird durch einen Aufhälter unmöglich gemacht.
Hinsichtlich der einzelnen Details des Apparates verweise ich auf die unten folgende
Beschreibung der Abbildungen. Ich will hier nur noch bemerken, daß Hr. Garnier von der Idee ausging, daß der für die Regulirung
der Uhr wesentlichste Theil, nämlich der Pendel, in seiner Bewegung durch den
elektrischen Strom nicht gehindert werden dürfe. Deßhalb bediente sich derselbe
eines Hülfsräderwerks zum Herstellen und Unterbrechen des Stroms, statt nach dem
Vorschlage mehrerer Physiker direct auf den Pendel zu wirken. Außerdem findet nur
alle 5–6
Secunden eine Unterbrechung statt, so daß der Einfluß des elektrischen Mechanismus
auf die Uhr dadurch verringert wird. Wesentlich neu an den Apparaten von Garnier ist die Einrichtung des Sperrrades in der
elektrischen Uhr, welches für jede Magnetisirung nur um einen Zahn vorrücken kann,
und die Unterbrechungsart des elektrischen Stromes in der Normaluhr. Man könnte
vielleicht fürchten, daß das Zusammenhängen des Goldes und Stahles einen störenden
Einfluß auf den Gang der Normaluhr äußern könnte, jedoch scheint es, nach dem Gange
der Apparate während mehrerer Monate, daß diese beiden Metalle durch die Berührung
keine Veränderung erlitten haben, und es ergab sich deßhalb auch keine Störung in
den Angaben der Uhr.
Nachdem wir nun von den chronometrischen Apparaten gesprochen haben, müssen wir auch
angeben wie der elektrische Strom von solcher Stärke erzeugt wird, daß er die
Apparate Monate, ja selbst Jahre lang ohne Unterbrechung in Gang erhält.
Die geringe elektrische Kraft, welche zum Magnetisiren der kleinen angewandten
Elektromagnete nothwendig ist, gestattete dem Erfinder Batterien von Zink-
und Kupferstreifen anzuwenden, die mit Sand umgeben sind, welcher durch eine
Salmiaklösung mäßig angefeuchtet wird. Einer der Apparate ging zwei und einen halben
Monat lang mit einer Batterie, welche sich in einem mit Sand gefüllten Fäßchen
befand, und brauchte täglich nur 4,6 Gramme Zink und 6,6 Gr. Salmiak, was täglich
2½ Centimes beträgt, oder sich im Monate auf 75 Centimes beläuft (das
Kilogramm Zink zu 70 Centimes und den Salmiak zu 3 Fr. per Kilogr. gerechnet).Diese in einem Faß angebrachte Batterie blieb vom 17. Sept. bis zum 1. Dec.
1847 in Thätigkeit; sie bestand aus zwei Messingblechen, welche durch ein
mit Zinn angelöthetes Band mit einander verbunden waren, und aus zwei
zwischen diesen Messingblechen angebrachten Zinkblechen, die durch ein
ähnliches Band mit einander verbunden waren Die Zwischenraume dieser
Metallbleche wurden mit feinem Sand ausgefüllt, welcher mit einer
Salmiak-Auflösung befeuchtet war Die Messingbleche waren 1½
Millimeter dick und wogen 16½ Kilogr.; ihre Gesammtfläche betrug
15,377 Quadrat-Millimeter. Die Zinkbleche waren ½ Millimeter
dick und wogen 4 Kil. 350 Gr.; ihre Gesammtfläche betrug 13,130
Quadrat-Millimeter. Da eine der Uhren in Folge der Schwächung des
Stroms in Stillstand kam, so wurde die Batterie aus einander genommen.Die Oberfläche der Messingbleche war bis zu zwei Drittel ihrer Breite
— von unten angefangen — schwach oxydirt; das obere Drittel
war es in geringerem Grade; dessenungeachtet wog das Messing noch ebensoviel
wie vor dem Gebrauch.Das zwischen den Messingblechen angebrachte Zinkblech war im oberen Theil bis
auf etwa zwei Drittel seiner Breite und gegen die Enden etwas mehr
zerfressen. Diese Zersetzung hatte es großentheils durchlöchert,
insbesondere an den Stellen wo es mit dem Leitungsdraht communicirte, wo
mehrere Auflösungen mit einander in Zusammenhang standen, welchen die
Schwächung der magnetischen Wirkung der Elek tromagnete zugeschrieben werden
muß. Das Blech im Centrum war auf gleichförmigere Weise angegriffen und an
mehreren Stellen durchlöchert. Uebrigens betrug die Gewichtsabnahme des
Zinks nur 350 Gramme, nachdem es 75 Tage lang ununterbrochen in Thätigkeit
war, also 4,6 Gr. per Tag. Es wurden in diesem Zeitraum beiläufig 500 Gramme
Salmiak, in Wasser aufgelöst, zum Befeuchten des die Zwischenräume der
Metallbleche ausfüllenden Sandes angewandt; dieses Befeuchten wurde immer
nach Verlauf von acht Tagen vorgenommen. Hr. Garnier errichtete seitdem Batterien welche noch länger im Gange
bleiben und aus mehreren Kupfer- und Zink-Streifen bestehen, so daß
man nur die einzelnen Streifen durch neue zu ersetzen braucht, um die Batterie zu
erneuern ohne ihren Gang zu unterbrechen. Hr. Garnier
fand, daß die erwähnten Batterien sich zu diesem Zweck am besten eignen, da der
durch dieselben erzeugte Strom in ziemlich langer Zeit nur sehr wenig schwächer
wird. Um jede Unterbrechung in dem Gange der Instrumente zu vermeiden, könnte man
die Anordnung treffen, daß die Batterie alle drei oder alle sechs Monate erneuert
würde. Die Dimensionen und die Anzahl der nöthigen Metallstreifen, um ein System von
Uhren im Gang zu erhalten, läßt sich nur angeben, wenn man die Zahl der
chronometrischen Apparate, d. h. den Widerstand, welcher sich dem elektrischen
Strome entgegensetzt und die Kraft kennt, welche nöthig ist um die einzelnen
Elektromagnete wirksam zu machen.
Die erforderliche ununterbrochene Erzeugung von Elektricität kann also nicht als ein
Mangel der elektrischen Uhren betrachtet werden. Man könnte diesem Systeme der
Chronometrie noch den Vorwurf machen, daß dasselbe den Unregelmäßigkeiten einer
einzigen Uhr, nämlich der Normaluhr unterworfen ist, und daß wenn zwanzig oder
dreißig Uhren an eine einzige angehängt sind, diese alle stehen bleiben, sobald die
Normaluhr zu gehen aufhört. Es ist jedoch kein Grund vorhanden, warum die Normaluhr
ihren Dienst versagen sollte, und wenn dieß zufällig der Fall wäre, so könnte man,
da die Verbindungsdrähte des Stroms sehr leicht abzunehmen sind, die
stehengebliebene Normaluhr durch eine andere für diesen Fall in Bereitschaft
gehaltene sehr schnell ersetzen.
Wir sahen die Uhren des Hrn. Garnier im Gang, und die
Einfachheit dieses Systems läßt keinen Zweifel, daß dasselbe in solchen öffentlichen
Anstalten in Gebrauch kommen wird, wo eine große Anzahl von Uhren erforderlich ist,
die alle genau dieselbe Zeit angeben sollen; so ist z. B. dieses System bereits von
der provisorischen Verwaltung der Lyoner Eisenbahn angenommen worden. Der
Anschaffungspreis der
chronometrischen Apparate ist viel geringer als von Uhren, welche nur durch
mechanische Mittel mit einander verkuppelt sind.
Beschreibung der elektrischen Uhr.
In Fig. 1
Tab. IV bezeichnet A die
Gestellplatte mit den vier Verbindungssäulen der Normaluhr. Auf derselben ist ein
Räderwerk im Grundriß aufgezeichnet, welches sich nur wenig von dem Räderwerk einer
gewöhnlichen Uhr unterscheidet.
B Federhaus der Uhr. B′ Federhaus des Hülfsräderwerks.
C Stundenrad. C′Großes
Bodenrad.
D Mittelrad welches das Zeigerwerk trägt; D′ Zwischenrad.
E Rad welches das Steigrad bewegt; E′ Zwischenrad.
F Steigrad mit Stiften.
G Arme des Ankers.
Auf der Steigradachse F befindet sich ein Stern f von hartem Stahl, dessen Zweck später erwähnt werden
wird.
H Getriebe, mit welchem drei kleine Flügel h, h, h verbunden sind, die den Zähnen des Sterns f
begegnen. Der gegenüberliegende Zapfen des Getriebes H
geht durch die Platte A′ Fig. 2 und hier ist auf
denselben ein kleiner Hebring mit drei Daumen a fest
aufgesteckt, B″ Fig. 2 Winkelhebel,
welcher auf einen Zapfen aufgesteckt ist, so daß er sich um den Punkt c dreht. Auf dem Arme b
liegt ein Gegenhebel auf, welcher zum Theil von Kupfer, zum Theil von hartem Stahl
gemacht ist. C″ ist ein Kupferdraht, der
spiralförmig gewunden ist, um eine Feder zu bilden; das eine Ende dieses Drahts geht
in die Nabe des Hebels B″, während das andere mit
dem Leitungsdrahte verbunden ist, so daß der Draht C″ ein Theil der Kette ist.
D″ anderer federartig gewundener Kupferdraht, der
durch eine Hülse geht, in welcher er durch eine Stellschraube festgehalten wird. Das
obere Ende dieses Kupferdrahts ist mit einer kleinen Linse von reinem Golde versehen
und reicht in die stählerne Hälfte des Gegenhebels b
hinein, so daß es mit demselben in Berührung ist; dieß ist die Stelle, wo der
elektrische Strom unterbrochen und geschlossen wird. Das andere Ende dieses Drahts
ist mit dem Leitungsdraht in Verbindung, und macht also wie der erste einen Theil
der elektrischen Kette aus.
Die so eben beschriebenen Theile kommen nun auf folgende Weise in Thätigkeit.
Da der Stern f auf der Steigradachse F befestigt ist, so nimmt er auch die Bewegung des
Steigrads an. Jeder der Flügel h, gedrängt durch das
Hülfsräderwerk, trifft mit einem Zahne des Sterns zusammen und wird durch denselben in
seiner sonst raschen Bewegung aufgehalten, so daß nun der Flügel und Zahn des Sterns
so lange mit einander gehen oder an einander anliegen, bis sie eine so schräge Lage
angenommen haben, daß sie sich nicht mehr berühren können. Die Flügel machen dann
eine Drittelumdrehung, der nichtfolgende Flügel trifft auf den nächsten Sternzahn,
theilt eine Zeit lang dessen Bewegung und springt dann, wie der erste ab, so daß
sich dieses Spiel unzähligemal wiederholt. Der Zweck des Sterns ist also, wie leicht
einzusehen, die Bewegung des Hülfsräderwerks zu mäßigen und zu reguliren.
Der Hebring a, Fig. 2, theilt die
drehende Bewegung der Flügel; so oft ein solcher den Stern verläßt, drängt ein
Daumen des Hebrings den verticalen Arm des Hebels B″ zurück, und der andere Arm entfernt sich dann von dem oberen Ende
des Drahts D″, auf welchem er aufruhte. Hieraus
folgt daß der elektrische Strom unterbrochen wurde, und nicht mehr auf die
Elektromagnete wirkt, welche die chronometrischen Apparate in Thätigkeit zu setzen
haben. Sobald aber der Hebring seine ursprüngliche Stellung wieder angenommen hat,
thut dieß auch der Arm b, und da dann die Berührung des
Drahts D″ und des Armes b wieder hergestellt ist, so ist auch der Strom geschlossen, und die
Elektromagnete wirken auf die Uhren. Das Abspringen der Flügel geschieht gewöhnlich
alle 6 Secunden; jedoch kann dieß seltener oder häufiger geschehen, wenn man dem
Sterne eine andere Anzahl Zähne gibt, und man könnte eine beliebige Zahl Uhren,
welche dazu eingerichtet wären, Secunden anzeigen lassen.
Um die Elektricität von den Theilen abzuhalten welche nicht elektrisch zu werden
brauchen, sind die leitenden Theile isolirt, so daß der elektrische Strom in der
durch die Pfeile angedeuteten Richtung geht.
Beschreibung des chronometrischen
Apparats.
AFig. 3 auf
Tab. IV bezeichnet die Platte worauf die
einzelnen Theile befestigt sind. B Sperrrad mit einem
Getriebe b, welches in das Zahnrad C eingreift, dessen verlängerte Achse die Verbindung mit
den Zeigern herstellt. D Steg, in welchem sich die
oberen Zapfen der beiden Räder drehen. E Aufhaltklinke,
deren Schnabel in die Sperrzähne einspringt, um das Rückwärtsgehen unmöglich zu
machen. e Feder, wodurch diese Aufhaltklinke angedrückt
wird. F Hebel durch welchen das Ganze in Bewegung
gesetzt wird. In Fig. 5 und 6 ist derselbe in zwei
Ansichten besonders gezeichnet. Er dreht sich um eine Spindel, welche in die Platte
A festgeschraubt ist.
G kleine Feder, welche auf das Ende des Hebels geschraubt
ist und mit ihrem hakenförmigen Ende ebenfalls in das Sperrrad B eingreift. H Anker,
welcher mit dem Hebel F aus einem Stück ist. f kurzer Arm dieses Hebels, an welchen ein
Scharnierstück angehängt ist, das auf das Ende der Stange I
Fig. 4
aufgeschraubt wurde. An dem untern Stangenende hängt der Magnetanker M von weichem Eisen.
J Feder, welche auf den kleinen Hebelarm f drückt, und so den Hebel F
in seine ursprüngliche Stellung zurückbringt. Die Spannung der Feder wird durch eine
Schraube d mit excentrischem Kopfe regulirt.
KFig. 4
Querstück, welches auf den viereckigen Theil der Achse des Rades C aufgesteckt ist und den Zweck hat, die Uhrzeiger
mitzunehmen, welche mit einem Stifte in den Schlitz am Ende des Stücks K eingreifen. L
Elektromagnet, von welchem die Bewegung des Apparats abhängt. M Anker von weichem Eisen welcher an das untere Ende der Stange I angehängt ist. N
Verbindungspunkt dieser Stange mit dem Hebel F.
Fig. 7
Verticaler Durchschnitt der elektrischen Batterie.
Fig. 8 Grundriß
derselben.
O Kasten, welcher mit Sand gefüllt ist, der mit
Salmiakwasser angefeuchtet wurde; in demselben befinden sich die verticalen
Zinktafeln a und Kupfertafeln b.
Gang des Apparates.
Fig. 3Tab. IV stellt den vollständig zusammengesetzten
Apparat dar. Da die Normaluhr gerade den elektrischen Strom dem temporären Magnete
L zuführt, so wird der Anker M angezogen, und mit demselben der Hebel F, da
er durch die Stange I mit dem Anker verbunden ist. Der
Hebel F bewegt sich von links nach rechts, und zwar so
weit, als die Entfernung zweier Zähne des Sperrrades B
beträgt. Der Haken an der Feder G, welcher in einer
Zahnhöhlung des Sperrrades liegt, nimmt den Zahn mit, und die Aufhaltklinke E fällt in den nächstfolgenden Zahn ein, um das
Zurücktreten des Rades zu verhindern, wenn der Hebel F
rückwärts geht und die Feder G einen neuen Zahn fassen
muß. Sobald der elektrische Strom unterbrochen ist, verläßt der Anker den Magnet und
der Hebel F nimmt in Folge der auf ihn wirkenden Feder
J seine vorige Lage wieder an. Ein gleiches thut
auch die Feder G, welche über einen Zahn des Sperrrades
springt um ihn für die nächste Bewegung zu fassen. Der Anker H, welcher auf dem Hebel F fest ist,
verhindert das Drehen des Sperrrades um mehr als einen Zahn, da er jedesmal in einen
Zahn des Sperrrades B eingreift, so oft sich der Hebel
F bewegt.
Dieser Apparat arbeitet, wie man sieht, durch die directe Wirkung der Elektricität
auf den Hebel F, und dieser setzt das Sperrrad B in Bewegung, dessen Getriebe das Rad C treibt, von welchem die Bewegung der Zeiger abhängig
gemacht ist.
Fig. 1Tab. V zeigt die Verbindung der
Normaluhr mit den elektrischen Uhren durch einen Leitungsdraht.
Fig. 2
verticaler Durchschnitt der elektrischen Batterie.
Fig. 3 Grundriß
derselben.
A Normaluhr. B, B elektrische Uhren welche durch die Drähte C, C mit der ersten in
Verbindung gebracht sind. D, D weitere Drähte welche die Uhren B mit den
Uhren E, E vereinigen, F, F Drähte welche zur
Batterie führen, a, b
Vereinigungsstellen dieser Drähte mit dem Zink und Kupfer.
G Faß, in welchem sich die Batterie befindet.
H mit Salmiakwasser angefeuchteter Sand, in welchen die
Kupferstreifen c und Zinkstreifen d eingesteckt sind.