Sekundenpendeluhr

Da schon mein Großvater Uhren gebaut hat, musste ich mich auch mal daran versuchen :-)

Pendeluhr

Technische Daten

Kohlefaser-Pendel mit Temperatur- und Barometer-Kompensation, Gangdauer 22 Tage, Gewicht 2750 g an loser Rolle, Gegengesperr, Graham-Hemmung, Schlagzahl 3600 / h, vollständig kugelgelagert und - als gelernter Maschinenbauer - eine Evolventen-Verzahnung statt der sonst im Uhrenbau üblichen Zykloiden-Verzahnung.

Die Platinen sind aus Aluminium (farblos eloxiert). Die Räder sind aus Edelstahl (1.4301) und durch Laserschneiden hergestellt. Die Triebe sind aus Stahl (Qualität unbekannt, da aus dem Modellbauzubehör) und schwarz brüniert, da sie bereits bei der Lieferung leichten Flugrost zeigten.

Die Uhr kann nicht gestellt werden, da auf die dafür erforderlichen Getriebeteile verzichtet wurde. Als Ablesehilfe während der Sommerzeit ist der zusätzliche rote Stundenzeiger angebracht.
Folgende Wellen und Zähnezahlen sind verbaut:

Sekundenwelle mit Ankerrad 30 Z und Trieb 13 Z
Zwischenwelle mit 105 Z und 14 Z
Minutenrohr mit 104 Z und 20 Z
Zwischenwelle mit 60 Z und 16 Z
Stundenrohr mit 64 Z und 20 Z
Walzenradwelle mit 110 Z und Schnurrolle D = 40 mm

Feinregulierung

Zur Feinregulierung der Uhr werden, wie es üblich ist, kleine Gewichte auf den Pendelteller gelegt, der etwa in der Mitte des Pendels angebracht ist. Handelsübliche Gewichtssätze gibt es mit 12 Gewichten in der Stückelung 1, 2, 2, 5, 10, 20, 20, 50, 100, 200, 200 und 500 mg.

Diese Art der Stückelung finde ich unlogisch. Im Bereich zwischen 1 und 1000 mg müssen bis zu 9 Gewichte auf den Pendelteller gelegt werden - das wird arg knapp.

Würden die Gewichte in der Stückelung 1, 2, 3, 6, 10, 20, 30, 60, 100, 200, 300 und 600 mg angeboten, dann reichten im Bereich zwischen 1 und 1000 mg maximal 6 Gewichte aus, ohne die Gesamtzahl der Gewichte zu erhöhen - nur der Denk-Aufwand beim Auflegen steigt etwas. Da nicht käuflich zu erwerben, habe ich mir einen entsprechenden Gewichtssatz angefertigt.

Zeitwaage

Unten rechts auf dem Tisch ist eine Selbstbau-Zeitwaage zu sehen, die den Gang der Uhr überwacht. Sie besteht aus einer Standard-Experimentierplatine (AVR-Ctrl), dem Funkuhr-Modul EM2S DCF und der Antenne AFET 77,5 von HKW-Elektronik. In der Uhr (hinter dem Pendel) befinden sich eine Gabellichtschranke sowie Sensoren für Druck, Temperatur und Luftfeuchte. Diese 3 Sensorwerte sowie Amplitude und Gangabweichung werden stündlich gespeichert (für maximal 3 Wochen) und gelegentlich auf einen PC übertragen.

Da das Funkuhr-Modul nur maximal einen Impuls pro Sekunde liefert, werden Zwischenwerte mittels Quarz (braucht der Microcontroller ohnehin) bestimmt, wobei eine Quarz-Heizung dafür sorgt, dass der Quarz immer im Takt schwingt.



Umbauten / Modifikationen

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Pendel mit Kompensation

Dichtedosen

Dichtekompensation: Eine Barometerdose (oben) und zwei Dichtedosen (darunter)

In der ersten Zeit erfolgte die Optimierung des Pendels, welches Druck-, Temperatur- und Luftfeuchte-kompensiert ist. Die Kompensation der Luftfeuchtigkeit erfolgt durch die Kohlefaser-Rohre unter den Gewichten und unten an der Pendelstange. Nötig ist die Luftfeuchte-Kompensation, da Kohlefaser proportional zur Luftfeuchte geringfügig Feuchtigkeit aufnimmt.

Der Begriff "Barometer-Kompensation" ist streng genommen falsch, da nicht der Druck sondern die Luftdichte für Gangänderungen der Uhr verantwortlich ist. Zwar können Luftdichte-Änderungen durch Barometerdosen erfolgreich kompensiert werden, doch dann muss gleichzeitig auch die Temperatur-Kompensation angepasst werden, da sich die Luftdichte proportional zum Druck und umgekehrt proportional zur Temperatur verhält.

Dazu ein Beispiel: Wenn der Druck um 2% steigt (rund 20 hPa) und die absolute Temperatur auch um 2% steigt (rund 6°C), dann ändert sich die Luftdichte nicht - die Barometerdose spricht aber an (was im Sinne des Uhrgangs falsch ist).

Einfacher durchzuführen ist die Dichte-Kompensation mit "Dichtedosen", die sehr einfach zu realisieren sind: Statt die Dosen luftleer zu machen und Federn einzubauen, werden die Dosen mit einem Edelgas (z.B. Argon) gefüllt - fertig sind die Dichtedosen. Sie werden bei steigendem Druck zusammengedrückt, während sie sich bei steigender Temeratur ausdehnen. Im obigen Beispiel (und auch im Allgemeinen bei beliebigen Druck- und Temperatur-Änderungen) werden also keine "falschen" Druck-Kompensationen erzeugt :-).

Die Verwendung von Edelgas (Argon) statt Luft in den Dichtedosen soll Korrosion in den Dosen verhindern. Da sich Argon und Luft bei "normalen" Umgebungsbedingungen praktisch exakt gleich verhalten (wie ein ideales Gas) ist durch die Verwendung von Argon statt Luft kein Fehler zu erwarten.

An dem Pendel sind insgesamt 4 Dichtedosen und 2 Barometerdosen verbaut. Die beiden Barometerdosen sorgen für die vorher nicht optimale Temperaturkompensation.

Einlaufspuren

Die (nicht geölten) Kugellager von Sekundenwelle und erster Zwischenwelle wurden zwischenzeitlich gegen Nylon-Gleitlager ausgetauscht, da der Sekundenzeiger ab und an für 10 - 20 s stehen blieb, was auf "hakeln" der kleinen und nicht sehr präzisen Kugellager zurückgeführt wurde. Die Gleitlager verursachten allerdings an den nicht gehärteten Zapfen Einlaufspuren, weshalb aktuell wieder zurück auf Kugellager umgestellt wurde. Diesmal sind die Kugellager aber geölt.

Anker

Der Anker hat einen Übergriff von 7,5 Zähnen, wodurch sich der Öffnungswinkel zu praktischen 90° ergibt. Die Geometriedaten sind z.B. in "TECHNISCHE GRUNDLAGEN DER MECHANISCHEN UHREN" von Ludwig Lehotzky zu finden (in einer Überarbeitung von M. Stern ist das Buch wieder im Handel: ISBN 3980955737).

Der ursprüngliche Anker war aus Aluminium und hart anodisiert (rot, oben links). Er zeigte nach 1,5 Jahren deutliche Verschleißspuren.

Der zweite Anker aus POM war nur 8 Monate im Einsatz (schwarz, unten links). Verschleiß war nach dieser Zeit nicht zu erkennen.

Trotzdem wurde zwischenzeitlich noch ein dritter Anker aus gebrauchten VHM Graviersticheln angefertigt (rechts), da die Uhr mit POM-Anker und Gleitlagern (s.o.) ständig schneller wurde, was zunächst fälschlicherweise dem Anker statt den Lagern angelastet wurde. Aktuell ist der VHM-Anker verbaut.