Die Periode eines Pendels wird nur durch eine Variable bestimmt. Länge.
Das ist es. Masse, Material, anfänglicher Zugwinkel – nichts davon spielt eine Rolle für das Timing. Das können Sie mit Haushaltsgegenständen in zehn Minuten nachweisen.
Schnapp dir ein Gewicht. Eine Kaffeetasse funktioniert. Ein Hardcover-Buch funktioniert. Binden Sie eine Schnur daran. Hängen Sie es über die Tischkante. Stellen Sie die Länge auf etwa 60 cm ein.
Ziehen Sie die Masse einen Fuß zurück. Lass es schwingen. Nehmen Sie sich 60 Sekunden Zeit. Zähle die Schwünge.
Hör auf damit. Starten Sie es neu. Ziehen Sie es dieses Mal nur 15 cm zurück. Kleinerer Bogen.
Zeit es noch einmal. Zähle noch einmal. Die Nummer ist identisch. Der Auslösewinkel verändert den Zeitraum nicht. Nur die Stringlänge tut es.
Passen Sie die Länge an, bis Sie genau 60 Schwünge pro Minute erreichen. Sie haben ein zweites Pendel.
Diese Konsistenz ermöglichte eine genaue Zeitmessung. Als die Ingenieure erkannten, dass die Physik Bestand hatte, bauten sie Uhren darum herum. Die Hemmung ist der Mechanismus, der diesen gleichmäßigen Schwung in Bewegung umwandelt.
In der Nähe des Pendels sitzt ein Zahnrad mit speziell geformten Zähnen. Eine am Pendel befestigte Vorrichtung greift in diese Zähne ein. Bei jedem Hin- und Herschwingen entweicht ein Zahn.
Das Zahnrad bewegt sich. Die Hände rücken vor. Die Zeit wird aufgezeichnet.
Wenn Sie eine genaue Berechnung für den Zeitraum benötigen, schauen Sie nach der Standardformel. Es geht um Schwerkraft und Länge. Aber für die Uhr selbst? Die Länge ist König.
Beobachten Sie, wie das Pendel nach links schwingt. Es durchquert die Mitte. Der linke Anschlag gibt einen Zahn frei. Das Zahnrad gleitet nach vorne. Nur eine halbe Zahnbreite. Es trifft den richtigen Anschlag.
Tick.
Das ist der Herzschlag der mechanischen Zeitmessung. Das Hemmungsgetriebe macht ein Geräusch, weil es physisch in einen Anschlag eingreift. Dieser Mechanismus macht mehr als nur Lärm. Es steuert die Freisetzung von Energie.
Der Anker und der Anstoß
Pendel schwingen nicht ewig. Reibung existiert. Luftwiderstand vorhanden. Die Schwerkraft gewinnt letztendlich, wenn Sie nicht eingreifen.
Die Nebenaufgabe der Hemmung besteht darin, das Pendel anzutreiben. Es gibt ihm gerade genug Energie, um weiter zu schwingen. Nicht mehr. Nicht weniger. Zu viel Energie bringt das Timing durcheinander. Zu wenig und die Uhr bleibt stehen.
Hier kommt der Anker ins Spiel. Der Anker ist die Komponente, die am Pendel befestigt ist. Es interagiert mit dem Hemmungsgetriebe. Die Zähne am Zahnrad sind nicht Standard. Sie sind speziell geformt. Durch diese Form kann das Zahnrad richtig entweichen.
Während das Pendel schwingt, wird es vom Anker angestoßen. Dieser Anstoß ist der Anstoß. Es überwindet Reibung. Die Uhr läuft weiter.
Das Problem mit Direktantrieb
Stellen Sie sich vor, Sie bauen eine Hemmung mit 60 Zähnen. Du befestigst es direkt an der Gewichtstrommel. Sie verwenden ein Pendel mit einer Periode von einer Sekunde.
Sie haben jetzt eine Uhr. Der Sekundenzeiger vollführt eine Umdrehung pro Minute. Wenn Sie die Pendellänge mit äußerster Sorgfalt einstellen, ist die Genauigkeit hoch.
Eine hohe Genauigkeit nützt nichts, wenn die Uhr unpraktisch ist. Dieses Design weist zwei schwerwiegende Mängel auf.
- Keine Stunden- oder Minutenzeiger. Sie haben nur einen Sekundenzeiger.
- Konstantes Aufziehen. Die Trommel macht jede Minute eine Umdrehung. Das Gewicht wird in 20 Minuten auf den Boden abgerollt.
Würden Sie alle 20 Minuten eine Uhr aufziehen? Die meisten Leute würden es nicht tun. Es ist ein Ärgernis. Es unterbricht den Fluss des täglichen Lebens.
Das verwinkelte Rätsel
Was ist also nötig, um das Wicklungsproblem zu lösen?
Die Antwort erfordert eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses. Die Gewichtstrommel muss sich langsamer drehen. Der Sekundenzeiger muss sich immer noch mit einer Umdrehung pro Minute bewegen. Dies erfordert eine Reihe von Zwischengängen. Diese Zahnräder vervielfachen die Anzahl der Umdrehungen.
Die Energie des Gewichts muss durch diese Zahnräder wandern, bevor sie die Hemmung erreicht. Dadurch wird der Abstieg des Gewichts verlangsamt. Es erweitert die Gangreserve von 20 Minuten auf Tage oder Wochen.
Aber es gibt einen Haken. Das Hinzufügen von Gängen führt zu Reibung. Es führt zu Fehlern. Das System wird komplexer. Mehr Teile bedeuten mehr Fehlerquellen.
Die Herausforderung für den Ingenieur besteht darin, Effizienz und Langlebigkeit in Einklang zu bringen. Man kann nicht einfach Zahnräder hinzufügen. Sie müssen sie korrekt hinzufügen. Der nächste Schritt betrifft das Räderwerk und die Art und Weise, wie es das Drehmoment auf die Hemmung überträgt. Ohne das richtige Übersetzungsverhältnis geht der Uhr entweder zu schnell der Strom aus oder sie läuft zu schwach, um die Zeiger anzutreiben.
Die Lösung liegt in der Beziehung zwischen Federhaus und Ankerrad.
