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Pendel für Zeitmessungszwecke Bei den heutigen Vorrichtungen für Zeitmessung
mit Pendel, beispielsweise Pendeluhren, werden Pendel verwendet, welche an einem
Pendelstab unten ein schweres Gewicht besitzen, während das Pendel oben an einer
dünnen Blattfeder oder auf einer scharfen Schneide so aufgehängt ist, daß es schwingen
kann. Die Schwingungszeit des Pendels hängt ab von dem Abstand des Aufhängepunktes
von dem Schwerpunkt des Pendels. Man nennt diesen Abstand Pendellänge. Wenn sich
die Pendellänge ändert, so ändert sich bei solchen Pendeln auch die Schwingungszeit
des Pendels und damit auch der Gang der Uhr. So entsteht z. B. durch ein Strecken
<ler dünnen bei den Schwingungen dauernd hin und her gebogenen Aufhängefeder
des Pendels ein Gangfehler der Uhr, und zwar auch dann, wenn man die bekannten Pendel
mit Gegengewichten verwendet, bei denen durch Verschiebung einer Masse nach oben
oder unten die Schwingungsdauer vergrößert werden kann.
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Die Erfindung besteht nun darin, die durch eine Änderung des Abstandes
des Aufhängepunktes von dem Schwerpunkt veranlaßten Fehler in einfacher und zuverlässiger
Weise dadurch auszuschalten, daß man ein Pendel verwendet, bei dem der Abstand vom
Aufhängepunkt zum Schwerpunkt des Pendels gleichgemacht wird dem Trägheitsradius
des Pendelkörpers um seinen Schwerpunkt. Der Trägheitsradius des Pendelkörpers wird
berechnet nach der Formel
Hierbei bezeichnet O den Trägheitsradius des Pendels, m die Masse des ganzen Pendelkörpers,
O das Trägheitsmoment des Pendels um eine Achse, die parallel zur Schwingungsachse
durch den Schwerpunkt des Pendelkörpers gelegt ist.
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Die Schwingungszeit eines solchen Pendels ist ein Minimum und ändert
sich deshalb in erster Näherung nicht, wenn sich der Abstand des Aufhängepunktes
von dem Pendelschwerpunkt, d. h. die Pendellänge, ändert. Durch eine Störung der
Pendellänge, z. B. infolge einer Streckung der obenerwähnten Aufhängefeder des Pendels,
entsteht also bei diesem neuen Pendel in erster Näherung nur ein verschwindend kleiner
Fehler des Uhrganges.
Die Erfindung ist auf der Zeichnung in mehreren
Ausführungsbeispielen veranschaulicht.
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Die Fig.-r bis 4 zeigen als Einzelheit zur allgemeinen Erläuterung
der Erfindung in schematischer Darstellung vier verschiedene Ausführungsbeispiele
des Pendels.
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In Fig. i ist der Pendelstab mit einem zweiten Gewicht oberhalb des
Aufhängepunktes A versehen; in Fig. s ist der Pendelstab als Zylinder ausgebildet;
in Fig.3. ist das zweite Gewicht unterhalb des Aufhängepunktes A und in Fig. 4 etwa
im Aufhängepunkt angeordnet.
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Fig. 5 ist ein senkrechter Querschnitt durch eine Ausführung mit der
Pendelanordnung gemäß Fig. i.
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Fig. 6 ist eine Seitenansicht auf die Lagerung nebst Antrieb des Pendels
nach Fig. 5. Fig.7 ist eine Seitenansicht auf eine andere bauliche Ausbildung mit
der Pendelanordnung gemäß Fig. 3.
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Fig.8 zeigt in Stirnansicht zu Fig. 7 eine Einzelheit.
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Bei der in Fig. i schematisch v eranschaulichtenAusführungsform der
Erfindung ist auf den Pendelstab p ein zweites Gewicht w' oberhalb des Aufhängepunktes
A an solcher Stelle angebracht, daß der Trägheitsradius des Pendelkörpers um seinen
Schwerpunkt S gleich dem Abstand des Schwerpunktes S vom Aufhängepunkt A ist. Die
Schwingungszeit dieses Uhrpendels ist gleich
wobei g die Erdschwere ist.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. a ist der Pendelstab p als Zylinder
ohne besondere Gewichte ausgeführt, und dieser Zylinder ist im Abstand O von seinem
Schwerpunkte S in A aufgehängt. Dabei berechnet sich p aus den Massen des zvlindrischen
Stabes der Fig. a
Wenn es schwierig sein sollte, den Pendelstab bei einer Uhr über die Pendelaufhängung
hinaus durchzuführen, wie dies bei den Pendeln nach Fig. i und z erforderlich ist,
so ist es auch möglich, das obere Pendelgewicht w' größer als das untere
Gewicht w
zu wählen und gemäß der Ausführungsform nach Fig. 3 das obere Pendelgewicht
w' unterhalb des Aufhängepunktes A anzubringen. Man kann dann die normale Federaufhängung
des Pendels, wie sie jetzt im Uhrenbau gebraucht wird, auch bei dem neuen Pendel
verwenden. Der Grundgedanke der Erfindung besteht eben darin, daß der Abstand des
Aufhängepunktes A von dem Schwerpunkt S des Pendels gleich dem Trägheitsradius des
Pendelkörpers um den Schwerpunkt gemacht wird. Die Ausführung des Pendels im einzelnen
kann nach den Forderungen der betreffenden Uhr gewählt werden. So ist beispielsweise
bei der Ausführungsform nach Fig.4 das zweite Gewicht w' in dem Aufhängepunkt
A
an der Pendelstange p angebracht. Auch hier ist das zweite Gewicht w' so
bemessen und angeordnet, daß der Abstand des Schwerpunktes S von dem Aufhängepunkt
A gleich ist dem Trägheitsradius @o des Pendelkörpers um den Schwerpunkt S.
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Fig. 5 und 6 stellen eine beispielsweise bauliche Ausführung eines
Pendels nach der Anordnung von Fig. i für eine elektrisch angetriebene Uhr bekannter
oder geeigneter Art dar.
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Die Pendelstange p, die vorteilhaft aus Invarstahl hergestellt wird,
trägt an ihren beiden Enden die Gewichte w und w', welche mit der
Pendelstange am besten in einem Stück hergestellt werden. Das untere Gewicht w ist
größer als das obere Gewicht w'. Dadurch kommt der Schwerpunkt S unterhalb der Mitte
der Pendelstange p zu liegen. Trägt man von S den nach der eingangs beschriebenen
Weise berechneten Trägheitsradius Q nach oben ab, so erhält man den Aufhängepunkt
A, der unterhalb des oberen Gewichtes w' liegt. Das Gewicht w' ist
beiderseits mit je einer Schneide a1 und a= versehen, deren Unterkanten den Abstand
vom Schwerpunkt S besitzen, also im Aufhängepunkte A liegen. Damit sind die Verhältnisse
der Pendelform gemäß der Erfindung erfüllt. Die beiden Schneiden d, a= liegen auf
zwei Lagern (Steinen) a3 und a4 auf, die in der Tragplatte b des Pendels eingelassen
sind. Die Tragplatte b ist zwischen den Lagern a3, a4 mit einer Durchbrechung b1
versehen, durch welche der Pendelstab p hindurchtreten kann, so daß das Pendel um
die Schneiden a1, a2 schwingen kann. Der Antrieb erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel
in an sich bekannter Weise elektromagnetisch, z. B. dadurch, daß ein permanenter
Hufeisenrnagnet c, der mittels der Schraube cl in einem Schlitz c2 des Ansatzes
c3 oben an dem Gewicht w' befestigt ist, beim Schwingen des' Pendels in der Gleichgewichtslage
desselben über die mittleren Windungen d1 einer $-förmig gewickelten Spule d schlägt,
die an einem auf der Tragplatte b befestigten Ständer b2 befestigt ist und von einem
Strom durchflossen wird, dessen Richtung bei jedesmaligem Durchgang des Magneten
umgekehrt wird.
Das Pendel wird für genaue Messungen am besten in
bekannter Weise in ein gasdicht geschlossenes Gehäuse eingesetzt, das im vorliegenden
Fall aus dem Unterteil h und der Haube l= besteht. Das Gehäuse ist mit Wasserstoff
oder Helium mit geeignetem Druck gefüllt. Dadurch wird jede Oxydation des Pendels
vermieden. Gleichzeitig gewähren diese Gase eine gute Wärmeleitung, so daß Fehler
durch Temperaturschichtung, die bei vollkommenem Vakuum in dem Gehäuse sehr groß
werden können, nicht zu befürchten sind.
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Die Ausführung nach Fig.7 benutzt die Pendelausbildung nach Fig.3.
Das obere Gewicht w' ist in diesem Falle größer als das untere Gewicht w; dadurch
fällt der Schwerpunkt S oberhalb der Mitte der Pendelstange p. Trägt man jetzt den
Trägheitsradius Q von dem Schwerpunkt S nach oben ab, so ergibt sich der Aufhängepunkt
A wie in Fig. 3 oberhalb des oberen Gewichtes -zu'.
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Das Pendel kann infolgedessen in der an sich bekannten Weise mittels
einer Blattfeder v an einer Konsole v' aufgehängt werden, wie dies
bisher bei Uhrpendeln meistens üblich ist.
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Der Antrieb des Pendels erfolgt in der allgemein bekannten Weise mechanisch
durch ein normales Uhrwert, mit Ankerhemmung. Die Welle e des Ankers liegt in der
gleichen horizontalen Linie mit der Schwingachse A der Blattfeder v. Die Ankerwelle
e ist bei e1 nach unten kurbelartig gekröpft und umfaßt mit dem freien gegabelten
Ende e= den Pendelstab, so daß die Ankerwelle von dem schwingenden Pendel hin und
her gedreht wird.
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Ankerhemmungen und Zeigerwerk der Uhr können in irgendeiner normalen
bekannten Weise ausgeführt werden, wie dies in Fig. 8 schematisch dargestellt ist.
In dieser bezeichnet e5 den Anker, der auf der Ankerwelle e befestigt ist. e4 und
e5 bezeichnen die Klauen des Ankers, die infolge der Hinundherschwingung, welche
der Welle e durch das Pendel p erteilt wird, wechselweise in die Zahnlücken des
Hemmrades es eingreifen. Die Ausbildung und Wirkungsweise dieser Ankerhemmung ist
so allgemein bekannt und üblich, daß eine besondere Beschreibung nicht erforderlich
ist.