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Elektrische Grossuhren
Electric clocks - Horloges électriques
Von Michel Viredaz – Photos Heidi Viredaz-Bader
Deutsche Übersetzung von Christa Nehls unter Mitwirkung von Felix Closs
Der folgende Text ist eine revidierte Version eines Artikels, der in Chronométrophilia No 51 (auf Französisch) und No 54 (auf Deutsch) publiziert wurde (Veröffentlichung der Schweizerischen Gesellschaft für die Geschichte der Zeitmessung: siehe www.chronometrophilia.ch).
Dieser Text enthält acht animierten Bildern von J.E. Bosschieter (Nach den Abbildungen Nr. 5, 12, 13 (2x), 19, 20, 23 und 25). Wenn Sie zum ersten Mal eine Animation betrachten möchten, so müssen Sie vorerst die Software “Macromedia Shockwave®” vom Netz herunterladen. Danach dauert der Vorgang etwa 20 – 30 Sekunden. Benützen Sie die Schaltfläche “Zurück” Ihres Browsers, um zum Text zurückzukehren. Wenn Sie diese Animationen gerne hatten, können Sie eine CD mit 100 animierten Uhren bei boscoclocks@zonnet.nl bestellen.
Es sollte gleich zu Beginn erwähnt werden, dass dieser Artikel ausschliesslich von Grossuhren handelt, im Gegensatz zu elektrischen oder elektronischen Taschen- bzw. Armbanduhren, die ein vollkommen anderes Thema sind. Die im Folgenden beschriebenen Uhren werden direkt oder indirekt mit elektrischem Strom betrieben. Unsere historische Beschreibung endet mit dem Beginn des elektronischen Zeitalters, welches hier als die Einführung von Halbleitern in einem elektrischen Schaltkreis definiert ist. Mit anderen Worten, wir werden ungefähr die Zeit von 1840 – 1970 abdecken.
Eine weitere Vorbemerkung ist notwendig: Dieses Werk ist gedacht für Uhren-Amateure im allgemeinen, die oft wenig oder gar nichts über elektrische Uhren wissen. Diese Uhren sind nur einem kleinen Kreis von Enthusiasten gut bekannt. Es liegt daran, dass sie sehr grosses Interesse an dieser Thematik haben, weil diese Art von Uhren viel unterschiedlicher in ihren Prinzipien sind als rein mechanische Uhren.
In aller Bescheidenheit und nur zum besseren Verständnis des Inhaltes – möchten wir abschließend noch klar stellen, dass wir das Thema aus Schweizer Sicht betrachten, was vielleicht die Wahl der Beispiele und die Betonung auf die Schweiz in diesem Text erklärt.
Wir werden weitergehend folgende Abschnitte bzw. Themen betrachten:
· Klassifizierung,
· Geschichte,
· Untersuchung der verschiedenen Prinzipien mit Beispielen,
· Literatur- und Quellenangaben.
Klassifizierung elektrischer Uhren
Es mag etwas abwegig erscheinen, aber die Annäherung über eine Klassifizierung ist notwendig, um einen klaren Überblick über dieses komplexe Thema zu erhalten. Das erste Beispiel der systematischen Klassifizierung finden wir in den Schweizer Patenten – gefunden in Inventions-Revue von 1908-1909. Es ist dahingehend interessant, dass sich hier der Zeitgeist zeigt, aber es ist ungenügend für eine rückblickende Untersuchung des Themas. Nachdem nun Klasse A der mechanischen Uhrenkunde, Klasse B den Gehäusen und Klasse C den Spezialmaschinen und –Werkzeugen zugeordnet ist, gibt es nicht weniger als 4 (!) Klassen für die elektrische Uhrenkunde:
· Klasse D: elektromagnetische Einzeluhren, unterteilt in „direkter Antrieb“ und „indirekter Antrieb“,
· Klasse E: Systeme zur Vereinheitlichung der Zeit durch die Elektrizität (mit 5 Unterabschnitten),
· Klasse F: elektrischer Apparat zur Messung von Bruchteilen einer Sekunde (eine spezielle Klasse für diese seltenen aber wundervollen Maschinen – wie das Chronoskop – war eine wirkliche Ehre für die Herren Hipp und Favarger!),
· Klasse G: elektrische Mechaniken zur Signalgebung.
Für unsere Zwecke ziehen wir es vor, eine detailliertere Klassifizierung zu benutzen, basierend auf drei verschiedenen Kriterien:
· Funktionale Klassifizierung:
o Unabhängige Uhren (eigenständige und vollständige Instrumente, die Zeit an einem bestimmten Platz anzeigen),
o Hauptuhren (Uhren mit einem elektrischen Kontaktsystem, um die Übertragung von Zeitimpulsen zu mehr oder weniger entfernten Nebenuhren zu ermöglichen),
o Nebenuhren (diese Instrumente empfangen die obengenannten Impulse),
o Synchronuhren (diese sind in der Tat nichts anderes als Nebenuhren, deren Hauptuhr das Elektrizitätswerk ist).
· Klassifizierung nach Antriebsart (diese gilt nur für unabhängige und Hauptuhren):
o Uhrenantrieb durch elektromagnetische Impulse auf das Pendel,
o Mechanische Uhren mit Gewicht oder Zugfeder, die durch elektrische Energie aufgezogen werden (durch einen Motor oder einen Elektromagneten, in kurzen Intervallen oder mit Gangreserve),
o Uhren, in denen ein mechanischer Impuls direkt auf das Pendel gebracht wird (durch Gravitation, Federkraft oder Elektromagnet),
o Besondere oder anekdotische Konstruktionsideen.
· Abschließend eine Klassifizierung entsprechend der Quelle und Charakteristik der elektrischen Versorgung:
o Niederspannung (1,5 – 60 V) oder Stromnetz (110 – 220 V),
o Gleichstrom (normalerweise Niederspannung) oder Wechselstrom (normalerweise Netzstrom),
o Netzstrom (mit oder ohne Transformator und/oder Gleichrichter) oder Batterie (wiederaufladbar oder nicht).
Diese allgemeine Übersicht sollte es nun in den folgenden Kapiteln leichter machen, charakteristische Konstruktionen zu untersuchen, ohne Verwirrung zwischen den vielen Varianten elektrischer Uhren zu riskieren.
Aber zuerst einen Blick auf die Geschichte.
Geschichte
Die erste spontane Frage eines jeden lautet: “Wer ist der Erfinder der elektrischen Uhr?”. Wie gewöhnlich bei großen Erfindungen lag die Idee so um 1840 überall in der Luft, und zahlreiche Arbeiten/Versuche wurden von Leuten wie Wheatstone, Steinheil, Hipp, Breguet, Garnier und vielen anderen durchgeführt.
Unter der Federführung der britischen Enthusiasten, die mehr Aufmerksamkeit auf elektrische Uhren verwendeten als andere Nationalitäten wie z.B. die schweizerische oder französische, wurde der Gedanke in der Literatur verfestigt, dass Alexander Bain der „Vater“ der elektrischen Uhr ist. Bain begann eine Lehre als Uhrmacher, beendete diese aber nicht. Er interessierte sich schon in jungen Jahren sehr für die Elektrizität (um 1830). Nach langen Streitereien und Kontroversen mit Professor Wheatstone, der versuchte die Rechte der Erfindung für sich zu bekommen, registrierte Bain sein erstes Patent am 10. Oktober 1840. Bain war zweifelsohne ein Genie und Visionär. Zahlreiche Anwendungen der Elektrizität in der Uhrmacherei und für die Zeitmessung wurden von ihm in seinen Texten und Patenten vorgestellt; aber es gelang ihm nicht, eine richtige Serienproduktion oder eine Industrie aufzubauen, wie es Hipp (der deutscher Abstammung war) zur gleichen Zeit in der Schweiz machte.
Aber bevor wir uns nun etwas mehr Hipp zuwenden, wollen wir uns erst einmal daran erinnern, dass die Erforschung der Elektrizität bereits im 17. Jahrhundert begann. Ein Italiener, Professor Rami, baute eine elektrostatische Uhr im Jahr 1815. William Sturgeon, ein britischer Staatsbürger, erfand den Elektromagnet (unentbehrlich für elektrische Uhren) im Jahr 1825, und Volta die Batterie im 1800.
Matthias Hipp (1815 – 1893), ein wichtiger Mann für die Schweizer Industrie und für heutige Sammler, wurde in Württemberg geboren. Er absolvierte eine Uhrmacherlehre und arbeitete in einer modernen Fabrik, in der er den Sohn des Eigentümers traf, der gerade von einer weiterführenden Ausbildung aus der Schweiz zurückkam. Er entschied sich, ebenfalls in den französischsprachigen Teil der Schweiz zu gehen, um seine berufliche Ausbildung zu verbessern. 1834 hielt er sich kurz in St. Gallen auf. Es heisst, dass er dort seine berühmte „Toggle-Hemmung“ (tatsächlich ein Kontakt und nicht eine Hemmung im üblichen Sinne) in einer schlaflosen Nacht erfunden haben soll. 1835 kam er dann nach Saint-Aubin bei Neuchâtel, wo er seine Fähigkeiten über einige Jahre verbesserte, bevor er nach Deutschland zurückkehrte. 1841, mittlerweile 28 Jahre alt, eröffnete er seine eigene Werkstatt in Reutlingen, Deutschland. Hier vollendete er seine erste Uhr mit dem Hipp-Toggle, die er 1843 bei einer Ausstellung in Berlin vorstellte, mit nur der kurzen Bemerkung „Eine Uhr, die ihren Antrieb unter dem Pendel hat“ (Abb. 1). Er erfand auch einen kleinen Motor und baute das Chronoskop und den Registrier-Chronograph, zwei Instrumente für die Messung sehr kurzer Zeitintervalle (s.o. Klasse F ...).
Abb. 1: Schema einer Hipp Uhr mit 1/2 s Pendel aus der 2. Hälfte des 19. Jh. In der Mitte des Pendels kann man den Kontakt sehen und den Elektromagnet unmittelbar darunter. Diese Uhren gibt es mit oder ohne Hauptuhrfunktion.
Die bemerkenswerteste Tatsache in Verbindung mit der Hipp-Toggle-Uhr (abgesehen von der außergewöhnlichen Erfindergabe) ist die Tatsache, dass die Uhr in der Praxis so gut war, dass sie über einhundert Jahre ohne prinzipielle Veränderungen hergestellt und verkauft werden konnte. Welche andere Erfindung kann eine derartige Langlebigkeit beanspruchen? 1852 wurde Hipp durch die Schweizer Regierung zum Leiter der nationalen Telegraphen Werkstatt und Technischen Direktor der Telegraphenverwaltung ernannt, eine große Ehre für einen Ausländer. In dieser Position machte er in den folgenden acht Jahren weitere Erfindungen, allerdings nicht ohne sich Feinde zu machen, schliesslich war er bekannt und seine Abteilung machte Profit, zwei schwere Vergehen für einen hohen Staatsdiener...! G.A. Hasler, sein früherer Assistent, folgte ihm nach und übernahm die Werkstatt einige Zeit später als diese privatisiert wurde.
1860 ging Hipp nach Neuchâtel (Neuenburg), wo er eine kleine Firma für die Konstruktion von Telegraphen und elektrische Apparate gründete. Dies war der eigentliche Anfang der elektrischen Uhrenindustrie, die jetzt auch im praktischen Sinne etabliert wurde – nach zwei Jahrzehnten der Laborversuche in ganz Europa. Die Firma entwickelte sich rasant. Hipp zog sich 1889 zurück und überliessdie Verantwortung den Ingenieuren A. Favarger und A. De Peyer. Seit dieser Zeit bis 1908 wurden die Produkte mit "Peyer & Favarger, Succ. de M. Hipp" signiert. Danach zog sich Peyer zurück und die Firma wurde die Kommanditgesellschaft (ein System der Firmenfinanzierung) Favarger & Cie (& Co.), 1923 Favarger & Cie. S.A. (A.G.) und Favag S.A in 1927, Datum der Union mit der Firma Hasler aus Bern , die 1983-4 mit Autophon fusionierte und die Gruppe Ascom bildete. Das Favag Uhrengeschäft (damals machten sie Quarzuhren) wurde 1989 an Bosshard A.G. (Moser-Baer) verkauft und die Produktion dann beendet. Die Firma Bosshard wurde letztendlich 2002 in Mobatime A.G. umbenannt. Man kann ein Portrait von Hipp auf http://vlp.mpiwg-berlin.mpg.de/people/data/per328.html sehen.
Ein weitere wichtige Person in der schweizerischen Elektro-Uhren-Landschaft wäre zu nennen: David Perret, ein Pionier des elektrischen Aufzugs. Er war der Sohn eines Uhrenindustriellen (Taschenuhren), Ingenieur der heutigen Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich (E.T.H.), Offizier in der Armee und Politiker. Er liess viele Patente unter seinem Namen registrieren.
Nachdem er sich einige Jahre auf die Mechanisierung der Kleinuhrenherstellung konzentriert hatte, begann er sich gegen Ende seines Lebens für elektrische Grossuhren zu interessieren. Er entwickelte sein eigenes System von Doppelkontakten zur Reduktion der Funkenbildung beim Aufziehen einer schwachen Antriebsfeder, das einmal pro Minute erfolgt. Er starb am 18. September 1908, und – unglücklicherweise – wurde seine Firma einige Jahre später liquidiert.
Um nun dieses kleine Kapitel Geschichte abzuschliessen, erwähnen wir noch einige andere wichtige Daten:
· 1856: die erste elektrisch aufgezogene Uhr von Louis-F. Breguet,
· 1862-64: das erste Leitungsnetz für elektrische Uhren in Genf und Neuchâtel (Neuenburg),
· 1885:die Erfindung des Ferraris-Motors (oft in elektrisch aufgezogen Uhren, z.B. Zenith, genutzt),
· 1912: die ersten Radio-Zeitsignale vom Eiffelturm,
· 1916: die Synchronuhr von Warren,
· 1921: die Shortt-Uhr (die präziseste vor der Quarzuhr),
· 1930: die ersten Quarzuhren,
· 1955: die Atomuhr,
· 60er und 70er: die Wende von “elektrisch” zu “elektronisch” und das Ende unseres Überblicks.
Jetzt untersuchen wir die verschiedenen Typen elektrischer Uhren.
Elektromagnetischer Impuls auf das Pendel, auch direkter Antrieb genannt
Die Idee erschien zuerst, wenn auch noch in sehr einfacher Form, im ersten Patent von A. Bain 1841. Wir finden sie ebenfalls in der Hipp-Uhr 1842. In diesen Uhren ist im allgemeinen ein Elektromagnet (d.h. eine Spule mit einem Kern aus Weicheisen) unter dem Pendel angebracht, welches selbst an seinem unteren Ende ein Weicheisenstück trägt. Ein genau positionierter Kontakt (leichter gesagt, als getan ...) schaltet den Strom in der Spule während der Abwärtsphase der Pendelbewegung ein, und zwar so nahe wie möglich an seiner vertikalen Position, um diesem einen Impuls zu erteilen und um damit die verlorene Energie zurück zu geben (Abb. 2 und 3).
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