DE4108935A1 - Kompensator fuer eine mechanische pendeluhr - Google Patents
Kompensator fuer eine mechanische pendeluhrInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Kompensator für eine mecha
nische Pendeluhr zum Ausgleich von die Laufgenauigkeit
der Pendeluhr beeinflussenden Störgrößen.
Mechanische Pendeluhren werden seit etwa 1650 gebaut. An
fang dieses Jahrhunderts erreichten sie ihren technischen
Höhepunkt. Genauigkeiten von besser als 1/100 sec pro Tag
wurden erzielt. Hierzu bedurfte es aufwendiger Kompensa
toren, welche insbesondere den Einfluß der Temperatur und
des Luftdruckes auf die Ganggenauigkeit ausgleichen. All
gemein bekannt ist beispielsweise das Rostpendel, bei dem
zur Temperaturkompensation mehrere Stäbe mit unterschied
lichem Temperaturkoeffizienten derart angeordnet sind,
daß sich durch Wärmedehnungen die Schwerpunktlage des
Pendels nicht verändert.
Trotz kostengünstig erhältlichen und mit sehr hoher Ge
nauigkeit arbeitender Quarzuhren sind seit einigen Jahren
mechanische Pendeluhren wieder auf dem Vormarsch. Beliebt
sind sowohl restaurierte antike Uhren als auch Nachbauten
derselben. Leider ist die Ganggenauigkeit solcher Uhren
meist unbefriedigend. Zusätzlich zu den von Anfang an be
stehenden Ungenauigkeiten durch Temperatur- und Luft
druckschwankungen sowie einfachen Hemmungssystemen kommt
es im Laufe der Zeit zu Ungenauigkeiten durch Abnutzung
des Räderwerkes und Verharzung des Öles in der Uhr. Ab
weichungen bis zu 10 Sekunden pro Tag sind dann normal,
die heutzutage als stark störend empfunden werden. Den
noch will man häufig nicht auf solche Pendeluhren ver
zichten, oftmals schon allein wegen ihres schönen
Schlags.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Kompensa
tor für eine mechanische Pendeluhr so auszubilden, daß
die Pendeluhr mit ihm eine mit Quarzuhren vergleichbare
Ganggenauigkeit erreicht und ein nachträgliches Verbes
sern der Ganggenauigkeit vorhandener Uhren mit möglichst
geringem Aufwand und ohne sichtbare Veränderung der Pen
deluhr möglich wird.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
der Kompensator eine am Pendel anzubringende motorische
Schwerpunktverstelleinrichtung und zur Steuerung der
Schwerpunktverstelleinrichtung eine einen Vergleicher
bildende elektronische Steuerung aufweist, welche ein
gangsseitig mit einem elektronischen Taktgeber und einem
Pendelfrequenzgeber verbunden ist.
Mit einem solchen, einen elektronischen Taktgeber aufwei
senden Kompensator läßt sich bei mechanischen Pendeluhren
auch bei schwankenden Störeinflüssen eine gleich hohe
Ganggenauigkeit erreichen wie bei einer Quarzuhr. Deshalb
können dank der Erfindung mechanische Pendeluhren auch
dann eingesetzt werden, wenn es auf eine hohe Ganggenau
igkeit ankommt. Da der erfindungsgemäße Kompensator le
diglich die Schwerpunktlage des Pendels verstellen muß,
kann er ohne Umbauten der Pendeluhr sehr leicht nachträg
lich vorgesehen werden.
Der erfindungsgemäße Kompensator kann aus in der Elektro
nik allgemein gebräuchlichen Bauteilen aufgebaut sein,
wenn der Pendelfrequenzgeber ein am Pendel befestigter
Resonanzschwinger und der Taktgeber ein
Quarzreferenzschwinger ist.
Mechanische Pendeluhren können die Genauigkeit von Atom
uhren erreichen, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung
der Erfindung der Taktgeber eine Funkuhr aufweist.
Die Funkuhr benötigt keine separate Antenne, wenn gemäß
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der die
Funkuhr aufweisende Taktgeber an der Pendellinse ange
ordnet ist und die Pendelstange die Antenne der Funkuhr
bildet.
Das nachträgliche Umrüsten vorhandener Pendeluhren durch
Einbau des erfindungsgemäßen Kompensators ist besonders
einfach und kostengünstig durchführbar, wenn alle seine
Bauteile zur Anordnung an der Pendellinse ausgebildet
sind.
Selbst Laien können ohne handwerkliches Geschick den er
findungsgemäßen Kompensator montieren, wenn alle seine
Bauteile in einem einzigen, auf der Pendellinse befestig
baren Gehäuse angeordnet sind.
Eine andere, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung be
steht darin, daß alle Bauteile des Kompensators innerhalb
der Pendellinse von der Pendellinse abgekapselt angeord
net sind. Hierdurch wird es möglich, bei vorhandenen Pen
deluhren das Pendel gegen ein erfindungsgemäßes Pendel
auszutauschen, um einen quarzgenauen Gang der Pendeluhr
zu erreichen.
Die Schwerpunktverstelleinrichtung kann sehr unterschied
lich gestaltet sein. Sie muß ein Gewicht aufweisen, des
sen Abstand von der Pendelachse verstellbar ist. Beson
ders einfach ist die Schwerpunktverstelleinrichtung aus
gebildet, wenn sie eine drehbar gelagerte, von einem
Elektromotor verdrehbare Scheibe mit außerhalb ihres
Drehpunktes liegendem Schwerpunkt ist. Eine solche
Scheibe kann beispielsweise an einer Stelle ein Gewicht
tragen. Möglich ist es jedoch auch, bei ihr einen Sektor
auszusparen, so daß sich ihre Schwerpunktlage durch Dre
hen der Scheibe verändert.
Die Scheibe könnte analog verstellt werden, so daß eine
stufenlose Veränderung der Schwerpunktlage und damit eine
stufenlose Verstellung der Ganggeschwindigkeit der Pen
deluhr erreicht wird. In der Praxis hat es sich als aus
reichend erwiesen, wenn die Steuerung des Elektromotors
der Scheibe zum Verstellen der Scheibe aus einer Mittel
stellung in eine obere und eine untere Schwerpunktstel
lung ausgelegt ist. Eine solche Ausführungsform hat den
Vorteil, daß nur selten eine Stellbewegung erforderlich
wird, so daß der Energieverbrauch für die Verstellung ge
ring ist und der erfindungsgemäße Kompensator mit einer
kleinen Batterie sehr lange zu arbeiten vermag.
Der Taktgeber muß die theoretisch benötigte Pendelfre
quenz erzeugen. Da diese oft nicht bekannt ist, könnte
die Elektronik im Quarzreferenzschwinger so ausgebildet
sein, daß in einem Initialisierungsprozeß die Dauer der
realen Pendelschwingung zunächst automatisch gemessen
wird und als Bezugsgröße für einen als programmierbaren
Teiler ausgebildeten Taktgeber benutzt wird. Der automa
tisch erfaßte Wert wird jedoch meistens nicht genau genug
sein. Die Feinjustierung der Pendeluhr wird dann einfach
durch inkrementelles Verstellen der Teilungszahl des Tei
lers erreicht. Ein Anhalten des Pendels kann hierbei ver
mieden werden, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfin
dung der Taktgeber als programmierbarer Teiler ausgebil
det und zu seiner Einstellung ein mittels eines Magneten
betätigbarer Hallschalter vorgesehen ist.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur
weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist in der
Zeichnung schematisch ein Pendel mit dem erfindungsgemä
ßen Kompensator dargestellt und wird nachfolgend be
schrieben.
Die Zeichnung zeigt ein Pendel 1, bei dem es sich um ein
aus einer Pendelstange 2 und einer üblichen Pendellinse 3
zusammengesetztes Pendel handelt. Das untere Ende der
Pendelstange 2 ist mit einem Gewinde 4 versehen, so daß
man mittels einer Justierschraube 5 von Hand die Höhen
lage der Pendellinse 3 verstellen kann, um die Gangge
schwindigkeit der Pendeluhr zu regulieren.
Auf der Rückseite der Pendellinse 3 ist ein erfindungsge
mäß ausgebildeter Kompensator 6 angeordnet. Dieser hat in
einem angedeuteten Gehäuse 7 eine Schwerpunktverstellein
richtung 8, welche eine um eine Drehachse 9 drehbare
Scheibe 10 mit einem Gewicht 11 aufweist. Ein Elektromo
tor 12 vermag mittels einer Spindel 13 die Scheibe 10 zu
verdrehen, welche zu diesem Zweck als Schneckenrad ausge
bildet ist.
Zum Ansteuern des Elektromotors 12 dient eine elektroni
sche Steuerung 14, die als Vergleicher ausgebildet ist
und die Signale eines als Quarzreferenzschwingers ausge
bildeten, elektronischen Taktgebers 15 und eines Pendel
frequenzgebers 16 vergleicht. Kommt es zu einer Differenz
zwischen der Referenzschwingung und der Pendelschwingung,
dann wird der Elektromotor 12 angesteuert, so daß sich
das Gewicht 11 durch Drehung der Scheibe 10 nach oben
oder unten bewegt und sich dadurch die Pendelschwingung
erhöht oder erniedrigt.
Der Pendelfrequenzgeber 16 hat die Aufgabe, bei jeder
vollen Schwingung des Pendels einen elektrischen Impuls
zu erzeugen. Das kann auf verschiedene Weise verwirklicht
werden. Beispielsweise kann man wie bei einer Taschenuhr
ein mechanisches Resonanzsystem mit Spiralfeder und
Schwingmasse vorsehen. Liegt die Eigenschwingung dieses
Systems in der Nähe der Pendelfrequenz, so ergeben sich
ausreichende Schwingungsamplituden, um einen Kontakt zu
betätigen. Der Pendelfrequenzgeber 16 liefert also die
"Ist-Frequenz".
Das "Soll" wird vom Taktgeber 15 geliefert. Die Frequenz
dieser Impulsfolge entspricht der rechnerisch aus dem Rä
derwerk der Pendeluhr ermittelten Pendelschwingung. Diese
Schwingung des Taktgebers 15 ist quarzstabilisiert. Sie
kann zum Beispiel durch einen programmierbaren Teiler er
zeugt werden. Um eine Feineinstellung des Taktgebers 15
ohne Anhalten des Pendels 1 zu ermöglichen, ist am Takt
geber 15 ein mit einem Magneten zu betätigender Hall
schalter 17 vorgesehen.
Bei der Steuerung 14 handelt es sich im wesentlichen um
einen Auf-/Abwärts-Zähler. Stimmen die ankommenden
Impulsfolgen überein, so steht dieser Zähler immer auf
Null (die Uhr geht genau). Weichen die Impulsfolgen je
doch zeitlich voneinander ab, so akkumuliert sich der
Fehler und der Zählerstand steigt oder fällt.
Auflistung der verwendeten Bezugszeichen
1 Pendel
2 Pendelstange
3 Pendellinse
4 Gewinde
5 Justierschraube
6 Kompensator
7 Gehäuse
8 Schwerpunktverstelleinrichtung
9 Drehachse
10 Scheibe
11 Gewicht
12 Elektromotor
13 Spindel
14 Steuerung
15 Taktgeber
16 Pendelfrequenzgeber
17 Hallschalter
2 Pendelstange
3 Pendellinse
4 Gewinde
5 Justierschraube
6 Kompensator
7 Gehäuse
8 Schwerpunktverstelleinrichtung
9 Drehachse
10 Scheibe
11 Gewicht
12 Elektromotor
13 Spindel
14 Steuerung
15 Taktgeber
16 Pendelfrequenzgeber
17 Hallschalter
Claims (10)
1. Kompensator für eine mechanische Pendeluhr zum Aus
gleich von die Laufgenauigkeit der Pendeluhr beeinflus
senden Störgrößen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kom
pensator (6) eine am Pendel (1) zu befestigende motori
sche Schwerpunktverstelleinrichtung (8) und zur Steuerung
der Schwerpunktverstelleinrichtung (8) eine einen Ver
gleicher bildende elektronische Steuerung (14) aufweist,
welche eingangsseitig mit einem elektronischen Taktgeber
(15) und einem Pendelfrequenzgeber (16) verbunden ist.
2. Kompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Pendelfrequenzgeber (16) ein am Pendel (1) be
festigter Resonanzschwinger und der Taktgeber (15) ein
Quarzreferenzschwinger ist.
3. Kompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Taktgeber (15) eine Funkuhr aufweist.
4. Kompensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der die Funkuhr aufweisende Taktgeber (15) an der
Pendellinse (3) angeordnet ist und die Pendelstange (2)
die Antenne der Funkuhr bildet.
5. Kompensator nach zumindest einem der vorangehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle seine Bauteile
zur Anordnung an der Pendellinse (3) ausgebildet sind.
6. Kompensator nach zumindest einem der vorangehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle seine Bauteile
in einem einzigen, auf der Pendellinse (3) befestigbaren
Gehäuse (7) angeordnet sind.
7. Kompensator nach zumindest einem der vorangehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle seine Bauteile
innerhalb der Pendellinse (3) von der Pendellinse (3) ab
gekapselt angeordnet sind.
8. Kompensator nach zumindest einem der vorangehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwerpunktver
stelleinrichtung (8) eine drehbar gelagerte, von einem
Elektromotor (12) verdrehbare Scheibe (10) mit außerhalb
ihrer Drehachse (9) liegendem Schwerpunkt ist.
9. Kompensator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerung (14) des Elektromotors (12) der Scheibe
(10) zum Verstellen der Scheibe (10) aus einer Mittel
stellung in eine obere und eine untere Schwerpunktstel
lung ausgelegt ist.
10. Kompensator nach zumindest einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber (15)
als programmierbarer Teiler ausgebildet und zu seiner
Einstellung ein mittels eines Magneten betätigbarer Hall
schalter vorgesehen ist.
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