Kompensator für eine mechanische Pendeluhr

Abstract

 Ein Kompensator (6) für eine mechanische Pendeluhr hat auf der Rückseite einer Pendellinse (3) eine Schwerpunktverstelleinrichtung (8), welche von einem Elektromotor (12) betätigbar ist. Zum Ansteuern des Elektromotors (12) dient eine als Vergleicher ausgebildete, elektronische Steuerung (14), welche in Abhängigkeit der Differenz zwischen den Signalen eines Pendelfrequenzgebers (16) und eines als Quarzreferenzschwingers ausgebildeten Taktgebers (15) arbeitet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Kompensator für eine mechanische Pendeluhr zum Ausgleich von die Laufgenauigkeit der Pendeluhr beeinflussenden Störgrößen.

[0002] Mechanische Pendeluhren werden seit etwa 1650 gebaut. Anfang dieses Jahrhunderts erreichten sie ihren technischen Höhepunkt. Genauigkeiten von besser als 1/100 sec pro Tag wurden erzielt. Hierzu bedurfte es aufwendiger Kompensatoren, welche insbesondere den Einfluß der Temperatur und des Luftdruckes auf die Ganggenauigkeit ausgleichen. Allgemein bekannt ist beispielsweise das Rostpendel, bei dem zur Temperaturkompensation mehrere Stäbe mit unterschiedlichem Temperaturkoeffizienten derart angeordnet sind, daß sich durch Wärmedehnungen die Schwerpunktlage des Pendels nicht verändert.

[0003] Trotz kostengünstig erhältlichen und mit sehr hoher Genauigkeit 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 bestehenden Ungenauigkeiten durch Temperatur- und Luftdruckschwankungen sowie einfachen Hemmungssystemen kommt es im Laufe der Zeit zu Ungenauigkeiten durch Abnutzung des Räderwerkes und Verharzung des Öles in der Uhr. Abweichungen bis zu 10 Sekunden pro Tag sind dann normal, die heutzutage als stark störend empfunden werden. Dennoch will man häufig nicht auf solche Pendeluhren verzichten, oftmals schon allein wegen ihres schönen Schlags.

[0004] Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Kompensator für eine mechanische Pendeluhr so auszubilden, daß die Pendeluhr mit ihm eine mit Quarzuhren vergleichbare Ganggenauigkeit erreicht und ein nachträgliches Verbessern der Ganggenauigkeit vorhandener Uhren mit möglichst geringem Aufwand und ohne sichtbare Veränderung der Pendeluhr möglich wird.

[0005] 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 eingangsseitig mit einem elektronischen Taktgeber und einem Pendelfrequenzgeber verbunden ist.

[0006] Mit einem solchen, einen elektronischen Taktgeber aufweisenden 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 Ganggenauigkeit ankommt. Da der erfindungsgemäße Kompensator lediglich die Schwerpunktlage des Pendels verstellen muß, kann er ohne Umbauten der Pendeluhr sehr leicht nachträglich vorgesehen werden.

[0007] Der erfindungsgemäße Kompensator kann aus in der Elektronik allgemein gebräuchlichen Bauteilen aufgebaut sein, wenn der Pendelfrequenzgeber ein am Pendel befestigter Resonanzschwinger und der Taktgeber ein Quarzreferenzschwinger ist.

[0008] Mechanische Pendeluhren können die Genauigkeit von Atomuhren erreichen, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung der Taktgeber eine Funkuhr aufweist.

[0009] Die Funkuhr benötigt keine separate Antenne, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der die Funkuhr aufweisende Taktgeber an der Pendellinse angeordnet ist und die Pendelstange die Antenne der Funkuhr bildet.

[0010] 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.

[0011] Selbst Laien können ohne handwerkliches Geschick den erfindungsgemäßen Kompensator montieren, wenn alle seine Bauteile in einem einzigen, auf der Pendellinse befestigbaren Gehäuse angeordnet sind.

[0012] Eine andere, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß alle Bauteile des Kompensators innerhalb der Pendellinse von der Pendellinse abgekapselt angeordnet sind. Hierdurch wird es möglich, bei vorhandenen Pendeluhren das Pendel gegen ein erfindungsgemäßes Pendel auszutauschen, um einen quarzgenauen Gang der Pendeluhr zu erreichen.

[0013] Die Schwerpunktverstelleinrichtung kann sehr unterschiedlich gestaltet sein. Sie muß ein Gewicht aufweisen, dessen Abstand von der Pendelachse verstellbar ist. Besonders einfach ist die Schwerpunktverstelleinrichtung ausgebildet, 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 Drehen der Scheibe verändert.

[0014] Die Scheibe könnte analog verstellt werden, so daß eine stufenlose Veränderung der Schwerpunktlage und damit eine stufenlose Verstellung der Ganggeschwindigkeit der Pendeluhr erreicht wird. In der Praxis hat es sich als ausreichend erwiesen, wenn die Steuerung des Elektromotors der Scheibe zum Verstellen der Scheibe aus einer Mittelstellung in eine obere und eine untere Schwerpunktstellung ausgelegt ist. Eine solche Ausführungsform hat den Vorteil, daß nur selten eine Stellbewegung erforderlich wird, so daß der Energieverbrauch für die Verstellung gering ist und der erfindungsgemäße Kompensator mit einer kleinen Batterie sehr lange zu arbeiten vermag.

[0015] Der Taktgeber muß die theoretisch benötigte Pendelfrequenz 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 automatisch erfaßte Wert wird jedoch meistens nicht genau genug sein. Die Feinjustierung der Pendeluhr wird dann einfach durch inkrementelles Verstellen der Teilungszahl des Teilers erreicht. Ein Anhalten des Pendels kann hierbei vermieden werden, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der Taktgeber als programmierbarer Teiler ausgebildet und zu seiner Einstellung ein mittels eines Magneten betätigbarer Hallschalter vorgesehen ist.

[0016] Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist in der Zeichnung schematisch ein Pendel mit dem erfindungsgemäßen Kompensator dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

[0017] 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 Höhenlage der Pendellinse 3 verstellen kann, um die Ganggeschwindigkeit der Pendeluhr zu regulieren.

[0018] Auf der Rückseite der Pendellinse 3 ist ein erfindungsgemäß ausgebildeter Kompensator 6 angeordnet. Dieser hat in einem angedeuteten Gehäuse 7 eine Schwerpunktverstelleinrichtung 8, welche eine um eine Drehachse 9 drehbare Scheibe 10 mit einem Gewicht 11 aufweist. Ein Elektromotor 12 vermag mittels einer Spindel 13 die Scheibe 10 zu verdrehen, welche zu diesem Zweck als Schneckenrad ausgebildet ist.

[0019] Zum Ansteuern des Elektromotors 12 dient eine elektronische Steuerung 14, die als Vergleicher ausgebildet ist und die Signale eines als Quarzreferenzschwingers ausgebildeten, elektronischen Taktgebers 15 und eines Pendelfrequenzgebers 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.

[0020] 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".

[0021] Das "Soll" wird vom Taktgeber 15 geliefert. Die Frequenz dieser Impulsfolge entspricht der rechnerisch aus dem Räderwerk der Pendeluhr ermittelten Pendelschwingung. Diese Schwingung des Taktgebers 15 ist quarzstabilisiert. Sie kann zum Beispiel durch einen programmierbaren Teiler erzeugt werden. Um eine Feineinstellung des Taktgebers 15 ohne Anhalten des Pendels 1 zu ermöglichen, ist am Taktgeber 15 ein mit einem Magneten zu betätigender Hallschalter 17 vorgesehen.

[0022] 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 jedoch zeitlich voneinander ab, so akkumuliert sich der Fehler und der Zählerstand steigt oder fällt.

Auflistung der verwendeten Bezugszeichen

[0023] 

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

Ansprüche

1. Kompensator für eine mechanische Pendeluhr zum Ausgleich von die Laufgenauigkeit der Pendeluhr beeinflussenden Störgrößen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensator (6) eine am Pendel (1) zu befestigende motorische Schwerpunktverstelleinrichtung (8) und zur Steuerung der Schwerpunktverstelleinrichtung (8) eine einen Vergleicher 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) befestigter 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 Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle seine Bauteile zur Anordnung an der Pendellinse (3) ausgebildet sind.

6. Kompensator nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, 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 Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle seine Bauteile innerhalb der Pendellinse (3) von der Pendellinse (3) abgekapselt angeordnet sind.

8. Kompensator nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwerpunktverstelleinrichtung (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 Mittelstellung in eine obere und eine untere Schwerpunktstellung 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 Hallschalter vorgesehen ist.

Zeichnung