Quelltext der Seite Präzisionspendeluhr

[[Datei:Riefler Uhr 01.jpg|miniatur|Präzisionspendeluhren von [[Sigmund Riefler]]<br>links: „Type A“ mit Luftdruckkompensation<br>rechts: „Type D“ im Glaszylinder]]

Die '''Präzisions[[pendeluhr]]''' (PPU) ist eine ortsfeste [[Räderuhr]], die als [[Zeitnormal]] für [[Zeitdienst]]<nowiki/>zwecke und [[Sternwarte|astronomische Beobachtungen]] gebaut wurde. In ihr wurde die mit einer Räderuhr im 19. und 20.&nbsp;Jahrhundert höchstmögliche [[Uhrenfehler|Ganggenauigkeit]] verwirklicht.<ref>Ermert Jürgen: ''Zu frühen Deutschen Präzisionspendeluhren''; Ebner Verlag Ulm; Klassik Uhren 4/2009 S. 10f</ref>

== Kriterien ==
Das Funktionsprinzip einer Präzisionspendeluhr (PPU) unterscheidet sich nicht von dem einer „normalen“ [[Pendeluhr]]. Das [[Pendel]] schwingt mit einer durch die Pendellänge bestimmten [[Periode (Physik)|Schwingungsdauer]] bzw. [[Frequenz]]. Im Zusammenspiel mit der [[Hemmung (Uhr)|Hemmung]] sorgt es für eine schrittweise Bewegung des [[Räderwerk]]s, das von der Energiequelle der Uhr (meist Gewichtsantrieb) angetrieben wird. Der schrittweise Ablauf (und damit der Lauf der Zeit) wird durch ein mit dem Räderwerk verbundenes [[Analoguhr|Zeigerwerk]] angezeigt.

Die einzelnen Baugruppen sind jedoch den hohen Anforderungen an ein [[Zeitnormal]] entsprechend ausgelegt, und die Uhr ist gegenüber den Umgebungsbedingungen weitgehend isoliert. Im Wesentlichen sind folgende Kriterien zu erfüllen:

* Qualitativ hochwertiges [[Uhrwerk|Werk]]
Das vom Antrieb gelieferte und vom Räderwerk übersetzte [[Drehmoment]] soll möglichst schwankungsfrei zur Hemmung übertragen werden, um einen konstanten Antriebsimpuls für das Pendel zu gewährleisten. Die Reibung der Lager und der [[Zahnrad|Verzahnung]] sollte somit möglichst gering und gleichmäßig sein.
* Gewichtsantrieb
Dieser dient ebenfalls dazu, das Antriebsmoment möglichst konstant zu halten, was mit einem Gewichtsantrieb besser gelingt als mit einem [[Federwerk|Federantrieb]].
* Hochwertige Hemmung
Die [[Uhrenfehler|Ganggenauigkeit]] der Uhr hängt wesentlich davon ab, dass die freie Schwingung des [[Gangregler]]s (Pendel) durch die Hemmung möglichst wenig gestört wird. Außerdem wird oft eine Federkraft- oder Schwerkrafthemmung eingesetzt, die den je Schwingung auf das Pendel übertragenen Antriebsimpuls vom Antriebsmoment (weitgehend) unabhängig macht. Entsprechendes gilt bei elektrisch betriebenen Uhren für die Übertragung des Antriebsimpulses auf das Pendel bzw. die Fortschaltung des Räderwerks durch das Pendel.
* Temperaturkompensation
Die Schwingungsdauer des Pendels (und damit der Gang der Uhr) hängt von der Pendellänge ab, und diese wiederum wegen der [[Wärmeausdehnung]] des Werkstoffs von der [[Temperatur]]. Diese Temperaturabhängigkeit kann durch ein [[Kompensation (Uhr)|Kompensationspendel]] minimiert werden. Andererseits kann die Gangabweichung durch Einhaltung einer konstanten Temperatur vermieden werden.
* Kompensation des Luftdrucks
Die Pendelschwingungsdauer ist auch vom Luftdruck ([[Strömungswiderstand|Luftwiderstand]], [[Statischer Auftrieb|Auftrieb]]) abhängig. Deshalb werden für höchste Anforderungen [[Vakuum|evakuierte]] Gehäuse oder Vorrichtungen zur [[Kompensation (Uhr)#Luftdruckkompensation|Luftdruckkompensation]] verwendet.
* Klare Anzeige der [[Sekunde]]
Die Anzeige soll sekundengenau sein. Deshalb werden sogenannte [[Sekundenpendel]] verwendet, deren Schwingungsdauer 2s beträgt. Der am Sekundenrad angebrachte Sekundenzeiger bewegt sich dann im Sekundentakt, da das Räderwerk je Schwingung zweimal weitergeschaltet wird. Eine Anzeige von Bruchteilen einer Sekunde ist damit nicht möglich. Entsprechende Genauigkeitsangaben beruhen auf der Mittelung der Zeitanzeige über einen längeren Zeitraum bzw. dem Abgleich der Uhr mit der [[Sternzeit]] unter Zuhilfenahme der [[Auge-Ohr-Methode]] und von Kurzzeitmessern (z. B. [[Hippsches Chronoskop|Chronoskop von Hipp]])<ref>{{Literatur |Autor=Oelschläger |Titel=Hipp's Chronoskop, zur Messung der Fallzeit eines Körpers etc. |Sammelwerk=Polytechnisches Journal |Band=114 |Datum=1849 |Seiten=255–259 |Online=http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj114/ar114047 |Abruf=2020-11-08}}</ref><ref>{{Internetquelle |url=https://www.medienkultur.org/sm1/gdg/ha/ |titel=Das Hippsche Chronoskop |abruf=2020-11-08}}</ref>.
* Lange Laufdauer
Da das Aufziehen der Uhr immer eine gewisse Störung ihres Ablaufs darstellt (z.&nbsp;B. indem beim Öffnen des Gehäuses die Pendelbewegung durch die veränderte Luftströmung beeinflusst wird), will man eine große Laufdauer (Zeit bis zum nächsten Aufziehen) erreichen. Dazu ist eine möglichst große „Fallhöhe“ der Antriebsgewichte zweckmäßig. Auch nutzt man schwere Gewichte, die beim Absinken entsprechend mehr Energie abgeben. Auch elektrische Aufzüge werden verwendet, um das manuelle Aufziehen ganz zu vermeiden.

== Geschichte ==
England und Frankreich haben durch ihre wissenschaftlichen Gesellschaften ([[Royal Society]] und [[Académie des sciences]]) schon im 17.&nbsp;Jahrhundert die Naturwissenschaften gefördert und deren Ergebnisse in Journalen zeitnah verbreitet, sodass Neuerungen schnell bekannt wurden und umgesetzt werden konnten. Auf diese Weise standen sich beide Nationen in der zweiten Hälfte des 18.&nbsp;Jahrhunderts als führende Seefahrernationen in der Herstellung genau gehender Uhren konkurrierend gegenüber.

Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts waren bei Präzisionspendeluhren die [[Hemmung (Uhr)#Grahamhemmung|Grahamhemmung]] und das [[Kompensation (Uhr)#Rostpendel|Rostpendel]] bzw. das [[Quecksilberkompensation|Quecksilberpendel]] die entscheidenden Baugruppen einer PPU (neben der qualitativ hochwertigen Ausführung aller Bauteile).

Zwar wurden alle Erfindungen im Uhrensektor durch Veröffentlichungen auch in Deutschland bekannt, aber moderne Techniken wurden hier erst mit großer Zeitverzögerung angewandt. Es spielte dabei einerseits die politische Situation ([[Dreißigjähriger Krieg]]), andererseits die traditionellen Einstellungen und die strengen [[Zunftordnung]]en in den Uhrmacherzentren wie [[Augsburg]] und [[Nürnberg]] eine große Rolle.<ref>Eva Grois: ''Das Augsburger Uhrmacher-Handwerk'';  Herausgeber: Maurice und Mayr; „Die Welt als Uhr“; Deutscher Kunstverlag; München Berlin 1980; S. 63f; ISBN 3-422-00709-1 </ref> Der technische Durchbruch in Deutschland kam erst Anfang des 19.&nbsp;Jahrhunderts.

== Konstruktive Vollendung der Präzisionspendeluhr ==
<gallery heights="150" widths="150">
Strasser Hemmung 00.jpg|Freie Federkrafthemmung von Strasser
Riefler escapement drawing.png|Freie Federkrafthemmung von Riefler
Matthaeus Hipp Elektrische Pendeluhr.jpg|Elektrische Präzisionspendeluhr von [[Matthäus Hipp]]
Shortt Synchronome free pendulum clock.jpg|Shortt Präzisionspendeluhr (Synchronome)
Schulerpendel_G.jpg|Schuleruhr (Prinzip)
</gallery>

Die rein mechanische [[Präzisionsuhr]] wurde von [[Sigmund Riefler]]&nbsp;(1847–1912) perfektioniert und auf der Basis zweier Patente ([[Riefler-Pendel]] und [[Hemmung (Uhr)#Freie Schwerkrafthemmung von Riefler|Schwerkraft-Hemmung]]) sowie der [[Hemmung (Uhr)#Freie Federkrafthemmung von Riefler|Riefler-Federkrafthemmung]] bis zu Ganggenauigkeiten von unter einer [[Zehntelsekunde]] pro Tag gesteigert<ref>{{Internetquelle |autor=Bernhard Huber |url=https://www.dg-chrono.de/wp-content/uploads/2019/12/DGC-Jahrbuch2019_Huber_Riefler-Uhren.pdf |titel=Ingenieur der Präzision. Pendeluhren von Sigmund Riefler |werk= |hrsg= |datum= |abruf=2020-11-07 |sprache=}}</ref>. Ähnlich gute Zeitmessergebnisse erzielte [[Ludwig Strasser (Uhrmacher)|Ludwig Strasser]] mit der von ihm entwickelten [[Hemmung (Uhr)#Freie Federkrafthemmung von Strasser|Strasserhemmung]]<ref>{{Internetquelle |url=https://www.glashuetteuhren.de/die-uhrenfabriken/strasser-rohde-von-1875-1917/ |titel=Strasser & Rohde 1875 - 1918 |abruf=2020-11-07 |sprache=de-DE}}</ref>.

Riefler und Strasser waren einerseits Konkurrenten, andererseits arbeiteten sie aber auch zusammen. So kaufte Riefler Rohwerke von Strasser, die er mit seinen Hemmungen und Pendeln versah, während Strasser Pendel von Riefler bezog.

Als Zeitnormal wurden Riefler-Uhren bis etwa&nbsp;1965 gebaut und dann durch noch genauere [[Quarzuhr]]en verdrängt.<ref>[http://www.radiophil.com/uhren/riefler/riefler.htm ''Wiederentdeckung und Instandsetzung der Präzisionspendeluhr Riefler Nr.711'']</ref>

Pendeluhren, deren Pendel nicht durch eine [[Hemmung (Uhr)|Hemmung]], sondern elektrisch angetrieben wurden, entwickelten u. a. [[Matthäus Hipp]] und [[William Hamilton Shortt]]&nbsp;(1881–1971). Die [[Shortt-Uhr]] um&nbsp;1921 erreichte durch zwei [[synchronisiert]]e [[Pendel]] und deren elektrisch dosierte [[Reibungskompensation]] sogar 0,01&nbsp;s/Tag. Nachteilig bei diesen Konzepten war, dass der Antriebsimpuls zwar elektrisch ausgelöst, jedoch immer noch mechanisch auf das Pendel übertragen wurde (Shortt)<ref>{{Patent| Land=GB| V-Nr=191112328| Code=A| Titel=An Improved Mechanism for Impelling Pendulums or Balance Wheels| A-Datum=1911-05-22| V-Datum=1912-05-22| Erfinder=William Hamilton Shortt}}</ref><ref>{{Patent| Land=GB| V-Nr=187814| Code=A| Titel=Improvements in the synchronisation of clocks| A-Datum=1921-09-30| V-Datum=1922-11-02| Erfinder=William Hamilton Shortt}}</ref> bzw. mechanisch vom Pendel ausgelöst und elektromagnetisch auf dieses einwirkte (Hipp).<ref>{{Patent| Land=DE| V-Nr=4324| Code=C| Titel=Neuerungen an elektrischen Uhren| A-Datum=1878-04-24| V-Datum=1879-03-22| Erfinder=M. Hipp}}</ref> Eine wirklich freie Pendelschwingung war auf diese Weise nicht gegeben.

Das Problem löste [[Maximilian Schuler]] mit seinem elektromagnetisch angetriebenen [[Schuler-Pendel]], das über eine [[Lichtschranke]] eine (mechanische) [[Arbeitsuhr]] von Riefler synchronisierte, die ihrerseits elektrische Antriebsimpulse für das Schuler-Pendel auslöste. Die Impulse wurden auf eine feststehende Spule übertragen, deren elektromagnetisches Feld auf einen am Pendel befestigten Permanentmagneten einwirkte (siehe [[Schuler-Pendel#Schuler-Uhren|Schuleruhr]]).<ref>{{Patent| Land=DE| V-Nr=561269| Code=C| Titel=Pendel für Zeitmessungszwecke| A-Datum=1931-10-09| V-Datum=1932-10-12| Erfinder=Max Schuler}}</ref><ref>{{Patent| Land=CH| V-Nr=158879| Code=A| Titel=Zeitmesseinrichtung| A-Datum=1931-10-10| V-Datum=1932-12-15| Erfinder=Max Schuler}}</ref>

Die weltweit in den Observatorien verwendeten Präzisionspendeluhren (mechanisch oder elektrisch) wurden von den Herstellern Strasser&Rhode (Glashütte), Riefler (Nesselwang und München), Schuler (Göttingen) und Shortt (England) dominiert<ref>{{Internetquelle |autor= |url=http://chronos-ev.de/vortrag/quarz5.pdf |titel=Scheibe, Adelsberger. Physiker und Uhrenbauer aus Deutschland |werk= |hrsg= |datum= |abruf=2019-06-14 |sprache=}}</ref>.

Elektrische Pendeluhren konnten sich jedoch nicht in größerem Maßstab durchsetzen, da die zu damaliger Zeit (1930er Jahre und davor) zur Verfügung stehenden elektrischen und elektronischen Bauelemente nicht die notwendige Zuverlässigkeit aufwiesen und die Uhren dadurch gegenüber den rein mechanischen sehr viel wartungsintensiver waren.

Die Entwicklung der Präzisionspendeluhr kam mit der Einführung der [[Quarzuhr]] zum Abschluss, deren Ganggenauigkeit gleich um drei [[Zehnerpotenz]]en besser war. Weitere Verbesserungen der PPU, wären möglich (z.&nbsp;B. Verwendung moderner elektronischer Bauelemente), sind aber unter dem Aspekt der Verbesserung der Zeitmesstechnik sinnlos. Der um 1935 erreichte Entwicklungsstand kann deshalb als Vollendung der PPU angesehen werden.

Für Sammler und Liebhaber werden Präzisionspendeluhren aber bis heute gefertigt.<ref>[https://www.erwinsattler.com/kollektion/praezisions-pendeluhren/ Präzisionspendeluhren von Erwin Sattler]</ref> Darunter gibt es auch solche mit überlangem 1¼-Sekunden-Pendel&nbsp;(1,7 m), das in 5&nbsp;Sekunden nur viermal schwingt.<ref>{{Toter Link |datum=2024-04 |url=https://www.matthias-naeschke.de/standuhr-nl-125-rh.html |text=Naeschke-Standuhr NL 125}}</ref>

== Literatur ==
* Erbrich, Klaus: ''Präzisionspendeluhren: von [[George Graham (Uhrmacher)|Graham]] bis [[Sigmund Riefler|Riefler]]''; Callwey Verlag; München 1978; ISBN 3-7667-0-429-X

== Weblinks ==
{{Commonscat|Precision pendulum clocks|Präzisionspendeluhr|audio=0|video=1}}
* watch-wiki: [http://watch-wiki.de/index.php?title=Pr%C3%A4zisionspendeluhr Präzisionspendeluhr]
* Uhrenkabinett der Staatlichen Museen Kassel: [http://www.museum-kassel.de/index_navi.php?parent=1429 Präzisionspendeluhr in druckdichtem Tank]

== Einzelnachweise ==
<references />

{{SORTIERUNG:Prazisionspendeluhr}}
[[Kategorie:Pendeluhr]]
[[Kategorie:Historisches Zeitmessgerät]]
[[Kategorie:Historisches Instrument der Astronomie]]