DE19754465C1

DE19754465C1 - Äquationsuhr mit zwei Zifferblättern

Info

Publication number: DE19754465C1
Application number: DE1997154465
Authority: DE
Inventors: Rudolf Fries
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-12-08
Filing date: 1997-12-08
Publication date: 1998-12-10
Anticipated expiration: 2017-12-09

Description

Der wahre Sonnentag

Bis Mitte des 19. Jahrhunderts wurde die Uhrzeit ausschließlich vom Stand der Sonne bestimmt. Wenn die Sonne um die Mittagszeit am höchsten stand, war es 12:00 Uhr. Diese Zeit stimmt weltweit für Orte überein, welche sich auf dem gleichen Längengrad zwi schen den Polen befinden. Diese Mittagslinie umrundet im Tages verlauf von 24 Stunden die Erde von Ost nach West.

Der mittlere Sonnentag

Die Uhrzeit wird nicht nur durch die Drehung der Erde, sondern auch von deren Lauf um die Sonne bestimmt. Diese Bahn ist nicht rund, sondern eine Ellipse, bei der die Sonne etwas seitlich zum Mittelpunkt steht. Dies führt zu folgenden Konsequenzen.

Wenn der Beobachter um 12 Uhr mittags die Sonne im Zenit sieht und die Erde sich dann genau um 360 Grad gedreht hat (dies wäre ein Sterntag), muß sie sich noch um "etwa 4 Minuten" weiterdre hen, bis unser Beobachter die Sonne wieder im Zenit sieht. Die Ursache dafür ist, daß in diesen 24 Stunden unsere Erde auch ein Stück des Weges um die Sonne zurückgelegt hat und deshalb in einer anderen Position zur Sonne steht.

Nachdem die Erdbahn jedoch oval ist und sich die Sonne nicht in dessen Mittelpunkt befindet, sind es eben "etwa 4 Minuten", da sich dieser Betrag täglich in einem Jahresrhythmus ändert. Die tägliche Änderung der Tageslängen geht je nach Tagesdatum von null bis +/- 30 Sekunden.

Die Äquation

Hierdurch ergeben sich Unterschiede zwischen der wahren Sonnen zeit und der mittleren Sonnenzeit, welche sich im Jahresverlauf zu folgenden Eckwerten aufaddieren:

11.02. -14:17    15.04. ±0:00
14.05. + 3:41    12.06. ±0:00
26.07. - 6:30    01.09. ±0:00
03.11. +18:28    24.12. ±0:00

Diese Daten wären jährlich gleich, wenn unser Kalender nicht auch unterschiedliche Jahreslängen hätte. So jedoch werden jähr lich sogenannte Äquationstabellen herausgegeben, welche angeben um welchen Betrag die wahre Sonnenzeit zur mittleren Sonnenzeit zu korrigieren ist.

Das Sonnenjahr

Die Dauer einer Erdumrundung um die Sonne beträgt
365 Tage, 5 Stunden, 48 Minuten, 45,925 Sekunden

Der Ausgleich auf volle Tage wird durch das 4-jährige Schaltjahr erreicht, welches bei vollen 100 Jahren ausfällt, wenn das Jahr hundert nicht durch 400 teilbar ist. Eingeführt wurde dieser Kalender im Jahre 1582 durch Papst Gregor XIII. und ist so ge nau, daß erst 3320 Jahre nach dieser Installation ein zusätzli cher Schalttag fällig wird.

Durch diese ungleich langen Jahre unseres Kalenders ergeben sich für die Äquation leichte Verschiebungen im 4-jährigen, wie auch im 100- und 400-jährigen Rhythmus.

Die Zonenzeiten

Mit dem Aufkommen der öffentlichen Verkehrsnetze um die Mitte des 19. Jahrhunderts ergaben sich Schwierigkeiten mit den unter schiedlichen Ortszeiten und der Erstellung von Fahrplänen. Aus diesem Grunde wurden allmählich weltweit Zonenzeiten eingeführt. Das heißt, alle 15 Längengrade ergibt sich rund um den Globus eine Stunde Zeitunterschied. Die Staaten erklärten deshalb die Ortszeit für den Längengrad, der im Staatsgebiet in der Mitte liegt, für ihre Zonenzeit. So wurde z. B. im Jahre 1893 für das damalige deutsche Reich die Zeit für den 15. Längengrad östlich von Greenwich als gesetzliche Uhrzeit erklärt. Dazu kamen dann noch mögliche Sommerzeiten.

Bei der Rückrechnung zur "mittleren Ortszeit" müssen deshalb bei uns von der Basis 15. Längengrad für jeden Grad 4 Minuten, und für jede Gradminute 4 Sekunden korrigiert werden. Dazu kommt dann noch die mögliche Berücksichtigung der Sommerzeit.

Die Äquationsuhren

Seit Ende des 17. Jahrhunderts sind Uhren bekannt, welche neben der mittleren Sonnenzeit auch die Abweichung zur wahren Sonnen zeit, die Äquation oder Zeitgleichung anzeigen.

Bei diesen Uhren war ein zusätzlicher Zeiger vorhanden, welcher den aktuellen Korrekturbetrag anzeigte.

Dieser wurde über eine sogenannte Äquationskurve gesteuert, wie diese auch bei meiner Kostruktion zu finden ist.

Siehe auch die Zeitschrift "Uhren, Juwelen, Schmuck" von der Bielefelder Verlagsanstalt, Dezember 1994, Seite 58 ff.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbei spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 Die Hauptplatine einer Äquationsuhr von hinten, mit Dar stellung der beiden Uhrwerke (MEZ, WOZ), eines davon be weglich und der Äquationsscheibe (ÄS).

Fig. 2 Die Hauptplatine einer Äquationsuhr von vorne, mit dem feststehenden Zeigerwerk (ZW), der Datumsscheibe (DAT) und dem Motorimpuls-Schalter (IMP)

Bei meiner Konstruktion, werden zwei Quartz- oder auch Funkuhr werke verwendet.

Das Hauptwerk zeigt auf einem Zifferblatt die mitteleuropäische, bzw. unsere gesetzliche Uhrzeit an. Wenn eingeführt, auch mit der abweichenden Sommerzeit.

Daneben ist ein Nebenwerk, welches vom Hauptwerk gesteuert, die wahre Ortszeit anzeigt; welche je nach Standort, bis zu zwei Stunden von der gesetzlichen Zeit abweichen kann.

Zwischen den beiden Uhren ist eine Kalenderanzeige (DAT) sicht bar, welche auf der Rückseite des Äquationsrades sitzt.

Das Hauptwerk liefert alle 6 Stunden einen Impuls (IMP), welcher einen Miniaturmotor (M) mit Übersetzung veranlaßt, sich jeweils um 18 Grad zu drehen. Über ein Ritzel mit 12 Zähnen (M) über trägt er die Drehung auf ein Zwischenrad (ZR) mit 67 Zähnen.

Auf der anderen Seite dieses Zwischenrades sitzt ein Ritzel mit 12 Zähnen, welches seinerseits das Jahresrad (JR) mit 157 Zähnen antreibt.

Dieses Jahresrad dreht sich so genau im Sonnenjahr, daß es erst nach 1800 Jahren um einen Tag von 1800 Kalenderjahren abweicht. Die Fehlanzeige auf dem Zifferblatt würde sich dann im Jahres verlauf bis auf maximal 30 Sekunden auflaufen.

Auf der Welle dieses Jahresrades befindet sich

a) eine Datumsscheibe, welche durch einen Zifferblattausschnitt (DAT) das aktuelle Datum anzeigt. Einstellbar ist es durch eine manuell zu bedienende Friktion des Zwischenrades auf der Welle.
b) außerdem eine Scheibe (ÄS), in der entsprechend der Äquati onsabweichnung eine Rille eingefräst ist.

Das Jahresrad, die Äquationsscheibe und die Kalenderscheibe sind starr miteinander verbunden.

In diese Äquationsrille greift der Führungsstift, welcher sich an dem Zahnrad-Segment (ZRS) befindet, welches seinerseits das Übertragungsrad (ÜR) im Rhythmus der Äquationskurve dreht.

Mit dem Übertragungsrad ist das Nebenwerk (WOZ) starr verbunden, welches in der Hauptplatine über ein Kugellager drehbar gelagert ist.

Der Minutenzeiger des Nebenwerkes zeigt so immer die "wahre Ortszeit" an. Wäre der Stundenzeiger mit seinem Zeigerwerk mit dem Uhrwerk verbunden, würde er fast nie auf seine Stundenposi tion zeigen.

So aber ist das Wechselrad auf der Vorderseite der Hauptplatine montiert und korrigiert damit die Position des Stundenzeigers entsprechend der Stellung des Minutenzeigers.

Einstellung der Uhren

Zuerst die Kalenderanzeige auf ein Datum stellen bei welchem der Äuqationsausschlag auf null steht (siehe Äquation, vier Daten sind dabei möglich).

Nun am Nebenwerk die Zeitanzeige um die Abweichung zum Bezugs längengrad einstellen. Gegebenenfalls auch die Sommerzeit be rücksichtigen.

Jetzt das Hauptwerk auf die gesetzliche Uhrzeit stellen und In gangsetzen. Dieses Hauptwerk gibt den Impuls auch an das Neben werk weiter und hält damit die Zeitdifferenz konstant.

Nun beibt nur noch den Kalender und damit die Äquationsscheibe auf das aktuelle Datum zu stellen, womit sich die Äquationsdif ferenz auf dem Zifferblatt, und damit die wahre Ortszeit automa tisch einstellt und beibehält.

Bezugszeichenliste Hauptplatine, hinten

MEZUhrwerk für gesetzliche Uhrzeit
MMicromotor mit Übersetzung, Antriebsritzel 12 Zähne
ZRZwischenrad, 67 Zähne
JRJahresrad, 157 Zähne
ÄSÄquationsscheibe mit eingefräster Rille
ZRSZahnradsegment mit Führungsstift
ÜRÜbertragungsrad zur Drehung des nebenwerkes
WOZUhrwerk für die wahre Ortszeit

Hauptplatine, vorne

WOZSeite für die wahre Ortszeit
MEZSeite für die gesetzliche Uhrzeit
ZWZeigerwerk auf der Platine montiert
ZTZwischentrieb zum Antrieb des Jahresrades
JR + ÄSJahresrad, Äquationscheibe und Kalenderscheibe
DATAusschnitt der Datumsscheibe, welcher durch einen Öffnung des Zifferblattes sichtbar ist
IMPImpuls für Micromotor, jeweils nach sechs Stunden, auf dem Stundenrad befestigt

Claims

1. Äquationsuhr mit zwei Zifferblättern, bei der ein die gesetz liche Zeit anzeigendes Hauptwerk (MEZ) ein ebenfalls auto nomes, drehbar gelagertes Nebenuhrwerk (WOZ) entsprechend der Zeitgleichung verdreht, wobei das Wechselrad für den Stunden zeiger des Nebenuhrwerkes so gelagert ist, daß es nicht mit dem Nebenuhrwerk verdreht wird.

2. Äquationsuhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptwerk (MEZ) einen Miniaturmotor (M) steuert, der über ein Getriebe (M, ZR, JR) eine Scheie (ÄS) dreht, die vermittels einer Steuerkurve gemäß der Zeitgleichung ein Zahnrad-Segment (ZRS) bewegt, welches seinerseits ein Übertragungsrad (ÜR) welches mit dem Nebenwerk (WOZ) starr verbunden ist, verdreht.

3. Äquationsuhr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptwerk (MEZ) alle, sechs Stunden den Miniaturmotor (M) dazu veranlaßt, sich um 18 Grad zu drehen und das Getriebe (M, ZR, JR), welches aus einem Ritzel (M) mit zwölf Zähnen, einem Zwischenrad (Z) mit 67 Zähnen, welches mit einem weiteren Ritzel mit zwölf Zähnen verbunden ist, und einem Jahresrad (JR) mit 157 Zähnen besteht, anzutreiben.

4. Äquationsuhr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der Welle des Jahresrades die Scheibe (ÄS) befindet, in der entsprechend der Äquationsabweichung eine Rille eingefräst ist, in die ein Führungsstift, welcher sich an dem Zahnrad-Segment (ZRS) befindet, eingreift.

5. Äquationsuhr nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich mit der Scheibe (ÄS) eine Datums scheibe dreht, welche durch einen Zifferblattausschnitt (DAT) das aktuelle Datum anzeigt.

6. Äquationsuhr nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die zwei Uhrwerke Quartz- oder Funk uhrwerke verwendet werden.