DE3918647A1 - Astronomische jahresuhr - Google Patents

Description

Astronomische Jahresuhr

Die Erfindung betrifft eine Uhr zur Darstellung der täglichen und jählichen Bewegung von Sonne, Mond und Gestirnen mit mechani­ schem oder quartzgesteuertem Antrieb, anwendbar für Armband-, Taschen-, Tisch-, Wand- oder Standuhren.

Astronomische Uhren dienen der Anzeige der Stellung und Erklärung der Bewegung von Sonne, Mond, Planeten und Fixsternen relativ zur Bewegung der Erde um die Sonne und der Eigenrotation der Erde.

Seit dem Mittelalter sind gemäß dem Stand der astronomischen Wissenschaften astronomische Uhren zum Verständnis des Weltbil­ des gebaut worden. Es handelte sich meist um recht aufwendig und entsprechend voluminös konstruierte Einzelstücke, die heute als Muse­ umsexponate bewundert werden. In den täglichen Gebrauch haben astronomische Uhren zu keiner Zeit Eingang gefunden. Einmal war die Technik zu aufwendig und kostspielig, zum anderen war Astrono­ mie nicht populär. Selbst in neuerer Zeit, als die technische Ent­ wicklung auch komplizierte Abläufe auf kleinstem Raum darzustellen ermöglicht hätte, haben die Uhrenhersteller bis auf eine mittelalter­ lich-naive Mondphasenanzeige, die zudem falsch ist und eine lachende Sonne, die in einem kleinen Fenster auf- und untergeht, nichts her­ vorgebracht. Neuerdings ist eine Stern-Armbanduhr aus japanischer Produktion erhältlich, die die bekannte und seit Jahrzehnten paten­ tierte "Drehbare Sternkarte" auf Kleinformat reduziert und mit einem Uhrwerksantrieb versieht - eine Uhr für Fachleute, die zum Ablesen eine Lupe benötigen.

Aufgabe der Erfindung ist, nicht ein Spezialinstrument für Astronomen zu schaffen, sondern Elemente der Himmelsmechanik in eine gewöhn­ liche Gebrauchsuhr so zu integrieren, daß diese auf einfache, anschau­ liche und ansprechende Weise einer breiten Öffentlichkeit verständlich werden, ohne dabei auf eine wissenschaftlich exakte Wiedergabe zu verzichten. Dabei wird bewußt einmal auf den Werbeeffekt der Uhr, zum anderen auf das immer noch verbreitete Unwissen über die Bewe­ gungsabläufe der uns umgebenden Himmelskörper abgestellt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merk­ male 1-3 entsprechend den Demonstrationsobjekten "Sonne auf Fix­ sternsphäre", "Mond 3-dimensional" und "Mond 2-dimensional" mit den Unteransprüchen "Fixsternsphäre allein", "Tierkreiszeichen allein", "Mond 3-dimensional mit Sonne", "Mond 3-dimensional stationär", "Mond 2-dimensional stationär" gelöst, wobei die einzelnen Haupt- und Untermerkmale zum Teil miteinander kombiniert werden können, diese Kombinationen aber nicht als eigenständige Ansprüche dekla­ riert werden.

Die Vorteile der Erfindung bestehen in der Vielzahl und Anschaulich­ keit der Demonstation von Bewegungsabläufen von Himmelskörpern, die als Bestandteil gewöhnlicher Gebrauchsuhren den unterschiedlichen Ansprüchen der Benutzer gerecht werden und durch ihr neuartiges und augenfälliges Erscheinungsbild der Einbeziehung kosmischer Vorgänge in das tägliche Leben dienen können.

Die einzelnen Ansprüche und Unteransprüche werden in den Zeichnun­ gen mit gleicher Numerierung wie im Gliederungsschema dargestellt und nachfolgend beschrieben.

• 1.1 Die Darstellung der Sonne auf Fixsternsphäre ermöglicht
  • a) das Aufzeigen der täglichen Bewegung von Sonne, Tierkreis­ zeichen, Sternbildern,
  • b) das Ablesen ihrer genauen Aufgangs-, Kulminations- und Unter­ gangszeiten,
  • c) das Aufzeigen der jährlichen Wanderung der Sonne durch den Tierkreis,
  • d) die Demonstration der zunehmenden und abnehmenden Tag­ längen im Wechsel der Jahreszeiten,
  • e) die Bewegung der Sternsphäre im Jahresverlauf,
  • f) das Anzeigen von Dämmerungszeiten, bedingt durch den Durch­ messer der Sonnenscheibe, und Sichtbarkeitszeiten von Stern­ bildern.
• 1.2 Bei den hier betriebenen Systemen handelt es sich um Reduktion auf Einzelmerkmale von System 1.1.
• 2.1 Dieses System zeigt
  • a) die genaue Position des Mondes zum Standort des Betrachters,
  • b) die genaue Phase des Mondes,
  • c) annäherungsweise die Sichtbarkeits- und Unsichtbarkeitszonen,
  • d) die Kulminationszeit des Mondes,
  • e) die Veränderung von Position und Phase des Mondes im Jahres­ verlauf.
• 2.2 Unter Einbeziehung der Sonne in System 2.1 ergibt sich ein ein­ drucksvolles Wechselspiel, das wie folgt demonstriert
  • a) die Sonne eilt dem Mond voraus und holt ihn wieder ein (= Folge der scheinbaren Bewegungen),
  • b) der jeweiligen Konstellation von Sonne zu Mond entspricht auch die Phase des Mondes,
  • c) bei Konjunktion der beiden Gestirne (Neumond) kommt es zur Überdeckung der Sonne durch den Mond (Sonnenfinsternis),
  • d) zusätzlich zu Position 2.1 die Position der Sonne.

Die nicht ganz korrekte Darstelung bei c) wurde wegen des Demon­ strationseffektes bewußt hingenommen. Eine Berücksichtigung der Bahnneigung des Mondes zur Erdbahn und der Wanderung der Mond­ knoten wäre zwar technisch lösbar, würde aber den Rahmen der Auf­ gabenstellung sprengen.

• 2.3 Das System 2.1 und 2.3 wird hier auf die reine Darstellung der exakten Phase reduziert:
• 3.1 und 3.2 entsprechen den Systemen 2.1 und 2.3 mit dem Unterschied, daß
  • a) der Mond durch die Technik des Maskenringes 2-dimensional dargestellt wird,
  • b) die Veränderung der Phase nicht kontinuierlich, sondern in Sprüngen erfolgt,
  • c) die Anzahl der Sprungintervalle von der gewählten Größe des Mondes und der Uhr abhängig ist.

Diese Technik ermöglicht auch die Verwendung in sehr flachen Uhren, was bei 3-dimensionaler Darstellung des Mondes naturgemäß nicht möglich ist.

Claims (3)

1. Astronomische Uhr mit mechanischem oder quartzgesteuertem Uhrwerks­ antrieb zur anschaulichen Darstellung der Relativbewegung von Sonne, Mond und Fixsternen in Verbindung mit der üblichen analogen Zeitan­ zeige als Armband-, Taschen-, Tisch-, Wand- oder Standuhr für den täg­ lichen Gebrauch durch jederman, bestehend aus 3 für sich selbständigen und beliebig miteinander kombinierbaren Grundtypen, nämlich

• 1 Sonnenuhr, dadurch gekennzeichnet, daß
• 1.1 die Sonne in Form einer Scheibe auf einem Zentralzeiger radial verschiebbar befestigt ist,
• 1.2 die Sonne in 24 Stunden 1 Umdrehung im Gegenzeigersinn aus­ führt,
• 1.3 die Rotationsebene unterhalb des Deckzifferblattes liegt,
• 1.4 die Sonne nur innerhalb eines ellipsenförmigen, exzentrisch zur Zentralachse angeordneten Ausschnittes des Deckzifferblattes (= Horizont) sichtbar ist,
• 1.5 unterhalb dieser Rotationsebene ein weiteres kreisförmiges Zifferblatt als Träger der Himmelssphäre (z. B. Sternbilder, Milchstraße, Tierkreiszeichen mit 12 Längengraden (30°) und Himmelsäquator) mit 1 + ¹/₃₆₅ Umdrehung in 24 Stunden im Gegenzeigersinn rotiert,
• 1.6 auf diesem Fixsternzifferblatt die scheinbare jährliche Sonnen­ bahn als eine zum Drehpunkt exzentrisch angeordnete Ellipse in Form einer erhabenen Nut dargestellt ist,
• 1.7 die Sonne durch 2 unter der Scheibe verdeckt angebrachte kleine Führungsrollen auf der Nut der scheinbaren Sonnen­ bahn gleitet, so daß durch die unterschiedliche Umdrehungs­ geschwindigkeit von Sternzifferblatt und Sonne diese im Jah­ resverlauf ihren Radius und somit ihre Höhe über dem Hori­ zont ändert,
• 1.8 bei einem mechanischen Uhrwerk die nur minimal vom 24- Stunden-Werk abweichende Umdrehung des Sternzifferblattes außer durch herkömmliche Untersetzungsantriebe durch ein abgewandeltes Planetenradgetriebe erzielt werden kann, da­ durch gekennzeichnet, daß
• 1.8.1 zwei auf der Zentralachse direkt übereinander angeordnete lose Zahnräder Z1 und Z2 darüber mit der Zähnezahl X für Z1, wobei X60 sein sollte, und X-1 für Z2 von einem Treibzahnrad Z3 gemeinsam in der Weise angetrieben werden, daß Z1 eine Umdrehung in 24 Stunden im Gegenzeigersinn ausführt,
• 1.8.2 Z1 durch eine Hohlachse mit einem über Z1 und Z2 ange­ ordneten Umlaufsteg verbunden ist, der sich somit synchron zu Z1 bewegt,
• 1.8.3 der Umlaufsteg auf einer Seite ein in Reihe geschaltetes Untersetzungsgetriebe trägt, dessen inneres Zahnrad auf Z2 abläuft, das äußere einen Hohlzahnkranz treibt, der auf der Unterseite des Sternzifferblattes befestigt ist,
• 1.9 der über die Mitte hinaus verlängerte Umlaufsteg am Ende mit einem ringförmigen Zifferblatt verbunden ist, das in Höhe des Deckzifferblattes in Randnähe der Uhr umläuft und auf der Oberseite in 12 Sektoren mit den Monatsnamen linksläufig unter­ teilt ist,
• 1.10 der Monatssektor wiederum in 6 Abschnitte à 5 Tage (bei Mo­ naten mit 31 oder 28 Tagen entsprechend länger oder kürzer) eingeteilt ist,
• 1.11 ein in Verlängerung des 6-Stunden-Längengrades befestigter Zeiger vom Rand des Deckzifferblattes bis zur Minutenskala sichtbar ist,
• 1.12 die unterschiedliche Umlaufgeschwindigkeit von Monatsring (1 U/24 h) und Sternzifferblatt (1 + ¹/₃₆₅ U/24 h) diesen Zeiger im Jahresverlauf über die Monate wandern läßt, der somit Monat und näherungsweise das Datum anzeigt,
• 1.1.3 die Minutenskala eine Nonius-Ablesung des genauen Datums (Fließ-Datum) erlaubt, so daß ein konstellationsgerechte Einstellung der Uhr gewährleistet ist.
• 1.2 Sternuhr wie unter 1.1 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß
• 1.2.1 die Darstellung der Sonne entfällt oder
• 1.2.2 darüber hinaus die Installation des Monatsringes entfällt oder
• 1.2.3 darüber hinaus die Darstellung des Himmels auf die 12 Tier­ kreiszeichen in jährlicher Bewegung beschränkt wird, die durch ein Kreissegmentfenster im unteren Deckzifferblatt sicht­ bar sind.

2. Monduhr, dadurch gekennzeichnet, daß

• 2.1.1 eine Kugel, den Mond darstellend, am Ende eines Zentralzeigers befestigt, im äußeren Zifferblattbereich linksläufig rotiert,
• 2.1.2. die Rotationsebene unterhalb des Deckzifferblattes liegt,
• 2.1.3 die Umlaufgeschwindigkeit des Mondes 57/59 U/24 h beträgt, der Mond also in 29,5 Tagen 28,5 Umdrehungen ausführt (= sy­ nodische Umlaufzeit des Mondes),
• .2.1.4 das Deckzifferblatt im Bereich der Umlaufbahn einen ringför­ migen Ausschnitt besitzt, der in seiner Breite dem Durchmesser der Kugel entspricht,
• 2.1.5 die obere Hälfte des ringförmigen Ausschnittes als Unsichtbar­ keitszone des Mondes gekennzeichnet ist, die Auf- und Unter­ gangspunkte mit "Ost" und "West" bezeichnet sind,
• 2.1.6 die Mondkugel eine Eigenumdrehung beschreibt, wobei die Dreh­ achse in Verlängerung des Mondzeigers liegt in Form einer Hohlachse, die auf den Mondzeiger aufgeschoben ist und am Ende die Kugel trägt,
• 2.1.7 die Kugelfläche zur Hälfte hell und zur Hälfte schwarz ausge­ führt ist zur Erzielung einer kontinuierlichen Phasenänderung,
• 2.1.8 der Antrieb des Mondzeigers in der unter 1.8 beschriebenen Weise erfolgt mit der Änderung, daß
• 2.1.8.1 Zahnrad Z1 = 59 Zähne und Zahnrad Z2 = 57 Zähne besitzt,
• 2.1.8.2 das Abgangszahnrad der Getriebekette des Umlaufsteges ein Stirnzahnrad treibt, das mit der Hohlachse unter 2.1.6 ver­ bunden ist,
• 2.1.9 herkömmliche Kalenderanzeigen wie Wochentag und/oder Datum und Monat den Bezug zur jährlichen Änderung von Stellung und Phase des Mondes herstellen, um ein exakte Einstellung zu ge­ währleisten,
• 2.2 in das unter 2.1 beschriebene System zusätzlich die Sonne in der Weise integriert ist, daß
• 2.2.1 die Sonne in Form einer Scheibe am Ende eines Zentralzeigers linksläufig rotiert,
• 2.2.2 die Rotationsebene unterhalb der des Mondes liegt,
• 2.2.3 der Radius der Umlaufbahn dem des Mondes entspricht,
• 2.2.4 die Scheibe den gleichen Durchmesser wie die Mondkugel besitzt,
• 2.2.5 die Sonne in 24 Stunden eine Umdrehung ausführt,
• 2.3. wie in 2.1 beschrieben, jedoch darauf reduziert, daß
• 2.3.1 die Mondkugel stationär nur im untersten Punkt seiner (ge­ dachten) Umlaufbahn sichtbar ist,
• 2.3.2 ein an dieser Stelle befindliches Fenster im Deckzifferblatt vom Durchmesser des Mondes die Mondkugel bis fast zur Hälfte hervortreten läßt,
• 2.3.3 die Eigenumdrehung des Mondes auf dem stationären Mond­ zeiger durch ein entsprechend der geforderten Umdrehungsge­ schwindigkeit reduziertes Schneckengetriebe erzeugt wird.

3. Monduhr, dadurch gekennzeichnet, daß

• 3.1 eine Scheibe, den Mond darstellend, am Ende eines Zentral­ zeigers befestigt, im äußeren Zifferblattbereich linksläufig rotiert,
• 3.2 die Rotationsachse unterhalb des Deckzifferblattes liegt,
• 3.3 die Umlaufgeschwindigkeit wie unter 2.1.3 bestimmt ist,
• 3.4 das Deckzifferblatt im Bereich der Umlaufbahn einen ring­ förmigen Ausschnitt besitzt, der in seiner Breite dem Durch­ messer der Scheibe entspricht,
• 3.5 in den ringförmigen Ausschnitt ein Maskenring eingepaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß
• 3.5.1 in eine ringförmige dunkle Platte linksläufig eine Abfolge von kontinuierlich aufeinander folgenden Phasenmomenten einge­ stanzt ist,
• 3.5.2 die kreisförmige Ergänzung der Phasen jeweils dem Monddurch­ messer entspricht,
• 3.5.3 die einzelnen gedachten Kreise aneinander fast auf Berührung liegen,
• 3.5.4 der Maskenring aus Stabilitätsgründen verdeckt unter dem Zif­ ferblatt eine Seitenverstärkung aufweist,
• 3.5.5 die Anzahl der darstellbaren Phasenmomente abhängig ist von dem mittleren Radius des Maskenringes und dem Durchmesser des Mondes (= Breite des Ringes) und diese Größen so ge­ wählt werden sollten, daß eine durch 4 teilbare Anzahl entsteht, um eine Kontinuität der Phasenänderung zu erreichen,
• 3.6 der Hintergrund der Mondumlaufbahn die gleiche dunkle Farbe hat wie der Maskenring,
• 3.7 der Maskenring mit der gleichen Geschwindigkeit linksläufig rotiert wie der Mond,
• 3.8 der Maskenring durch ein separates Uhrwerk, das die Abgangs­ drehzahl von 29,5 geteilt durch die verwendete Anzahl M von Phasenmomenten je 24 Stunden besitzt, pro 29,5/M Umdrehung je 24 Stunden durch einen Mitnehmer um jeweils eine Maske zurückspringt, so daß in 29,5 Tagen (= synodische Umlaufzeit des Mondes) der Maskenring einmal durchlaufen ist,
• 3.9 die obere Hälfte des ringförmigen Ausschnitts als Unsichtbar­ keitszone des Mondes gekennzeichnet ist, die Auf- und Unter­ gangspunkte mit "Ost" und "West" bezeichnet sind,
• 3.10 herkömmliche Kalenderanzeigen wie Wochentag und/oder Datum und Monat den Bezug zur jährlichen Änderung von Stellung und Phase des Mondes herstellen, um eine exakte Einstellung zu gewährleisten.
• 3.2 wie unter 3 beschrieben, jedoch darauf reduziert, daß
• 3.2.1 der Maskenring bis auf ein Fenster vom Deckzifferblatt ver­ deckt wird,
• 3.2.2 der Maskenring keine tägliche Bewegung ausführt,
• 3.2.3 der Maskenring in der unter Ziffer 2.3.8 beschriebenen Weise sprungartig transportiert wird, ähnlich der herkömmlichen Technik des Datensprungs,
• 3.2.4 das Fenster im Deckzifferblatt kreisförmig und von der Größe des Maskenmodes direkt über der untersten Phase angeordnet ist,
• 3.2.5 der stationäre Mond durch einen entsprechenden farbigen Hinter­ grund im Fenster unter der Maske dargestellt wird.