Chronometer

Chronometer, »Zeitmesser«, könnte eigentlich jede Uhr und jeder sonstige Apparat zur Zeitmessung genannt werden. Das Wort bezeichnet aber jetzt ausschließlich die feinsten transportabel und gegen Gangänderungen durch Temperaturwechsel mit Hilfe besonderer Kompensationseinrichtungen möglichst unempfindlich gemachten Federuhren.

Man unterscheidet eine größere Ausführung, als sogenannte Boxchronometer (Dosen-, See-, Marine-, Schiffschronometer, vgl. a. Uhren, astronomische, und Boxchronometer), die besonders für die Nautik (Längenbestimmung zur See durch direkte Zeitübertragung) bestimmt, aber auch sonst bei Ortsbestimmungsaufgaben (bei Seetransport) als Beobachtungsuhr dort im Gebrauch sind, wo die Aufstellung einer Pendeluhr unmöglich oder zu mühsam ist (Erdmessungsstationen), und eine kleinere Ausführung in Taschenuhrform, aber mit ganz ähnlicher Einrichtung, als sogenannte Taschenchronometer (engl. Pocketchronometer) für geographische Ortsbestimmungen auf Land Reifen in wenig erschlossenen Ländern und neuerdings sogar vielfach als Gebrauchsuhr für feinere Zeitangaben und feinere Zeiterhaltung im bürgerlichen Leben benutzt. Als Taschenchronometer (oder auch Halbchronometer) werden neuerdings vielfach auch feinere Taschenuhren mit Ankergang bezeichnet, die für manche Zwecke den eigentlichen Taschenchronometern (wegen der langsamen Schwingung der Unruhe und der empfindlicheren Steigradhemmung der letzteren) vorzuziehen sind (s. unten). Der »Schlag« der Boxchronometer ist jetzt ganz allgemein 0,5^s, der der Taschenchronometer 0,4^s oder auch bei den ebenerwähnten Ankeruhren wie bei allen andern Taschenuhren 0,2^s.

Betreffs der Entwicklungsgeschichte der Marinechronometer sei hier nur erwähnt, daß der Engländer John Harrison und sein Sohn William das Preisausschreiben des Parlaments über eine brauchbare Seeuhr (Timekeeper) zuerst befriedigend lösten (1736); später wurde die Einrichtung dieser Uhren unermüdlich verbessert, so daß die praktischen Hauptproben 1761 und 1763 gut ausfielen. Gleichzeitig erfand der nicht minder berühmte französische Uhrmacher Le Roy die sogenannte Chronometerhemmung (eine »freie« Hemmung, von dem englischen Uhrmacher Arnold und Le Roys Landsmann, Berthoud, verbessert und später vielfach abgeändert, z.B. von Earnshaw, Mudge [1799], Jürgensen, Kittel u.a.), mittels deren er ebenfalls eine für Längenbestimmung zur See brauchbare Schiffsuhr herstellte. Seitdem ist ununterbrochen sowohl von seiten der Theorie als der Praxis an der Vervollkommnung der Chronometer gearbeitet worden und die Leistungen der bellen Boxchronometer stehen heute kaum hinter denen ausgezeichneter Pendeluhren zurück. Seitdem währt auch in der Nautik der zeitweise mit Heftigkeit geführte Streit zwischen den »Mondsüchtigen«, wie Harrison sagte, die die Länge aus Mondbeobachtungen (Monddistanzen) bestimmen, und denen, die Chronometerübertragung der Zeit vorziehen; Behörden für das Längenproblem: Commissioners of Longitude in England, Bureau des Longitudes in Frankreich. Für die Nautik ist jedenfalls die Chronometermethode von immer größerer Bedeutung geworden, während auf Landreisen, selbst bei sorgfältigstem Tansport, Uhren mit Chronometerhemmung zur direkten Zeitübertragung im allgemeinen wenig leisten können; für diesen Zweck eignen sich die mit Ankerhemmung versehenen Uhren besser.

Die Konstruktion der Boxchronometer ist im wesentlichen die der Taschenuhren. Die wichtigsten Teile sind: 1. der Regulator (Régulateur), 2. die Hemmung (Echappement), 3. das Räderwerk (Rouage), 4. die Federkraft (Moteur), die die Bewegung unterhält. Die innere Einrichtung einer solchen Uhr zeigt Fig. 1. Um die einzelnen Teile nebeneinander zu sehen, ist die Anordnung, die in Wirklichkeit um die Mitte der Uhr herum ausgebildet ist, hier gewissermaßen abgewickelt. – Als Regulator bezeichnet man die Unruhe L (Balancier) nebst der auf ihrer Welle sitzenden Spirale M (Spiral), die die Schwingungen der Unruhe isochron macht; dieser Isochronismus der Spirale wird hergestellt, indem sie auf eine gewisse Länge abgestimmt wird (Prinzip von Le Roy) oder indem man ihre Enden nach gewissen Kurven formt (Endkurven oder Kurven, Prinzip von Philipps). Bei den heutigen Chronometern wird meist die Arnoldsche Zylinderspirale verwendet (s. Fig. 1). Der Balancier hat verschiedene Formen erhalten, jetzt fast stets die der Fig. 2, wenn man von den daran meist in verschiedener Form angebrachten Hilfskompensationen absieht (s. Kompensation); er hat zugleich die wichtige Aufgabe der Temperaturkompensation: der äußere Streifen A ist aus Messing, der innere B aus Stahl, so daß wegen der verschiedenen Ausdehnung die kleinen Gewichte C bei steigender/sinkender Temperatur dem/von dem Mittelpunkt etwas genähert/entfernt werden, womit durch die entstehende Veränderung des Trägheitsmoments des Systems die »Temperaturkompensation« sich in gewissen Grenzen herstellen läßt. Ein Chronometer mit ganz messingener Unruhe und einer Spirale aus Stahl zeigt ein Zurückbleiben um etwa 11^s täglich für je 1° C. Temperaturerhöhung, wovon übrigens nur ein geringer Teil auf die Wärmeausdehnung vom Balancier allein kommt (10^s fallen der Elastizitätsänderung der Spiralfeder und nur 1–2^s der Aenderung des Trägheitsmomentes zur Last, wie Versuche mit Unruhen aus Glas lehrten) [1]. Neuerdings sind in der französischen und deutschen Marine mit gutem Erfolg Chronometer mit Palladium- statt Stahlspiralen eingeführt worden; Palladium wurde wegen der magnetischen Wirkungen des Stahles und wegen der Rostbildung[462] als Ersatz gewählt. – Die Hemmung ist mit geringen Abänderungen jetzt stets nach Fig. 3 eingerichtet; auf 3. und 4., Räderwerk und Federkraft, braucht hier nicht eingegangen zu werden, dieselben zeigt Fig. 1. Wegen genauerer Beschreibung dieser Instrumente vgl. die Werke [2]–[10], auch die noch unten zu nennenden Zeitschriften, besonders [9] und [16], die auch über die feineren Einrichtungen, die Abänderungen (z.B. die verschiedenen Arten der Kompensation u.s.w.) und insbesondere auch über die Theorie das Notwendige geben.

Der Gang, d.h. hier die tägliche Aenderung seines Standes gegen richtige Zeit, eines Chronometers (der selbstverständlich nach mittlerer Zeit oder Sternzeit geregelt sein kann) wird, wenn man sich die Temperaturkompensation (s. oben), die für gewöhnlich das Wichtigste bleibt, auch vollständig erreicht denkt, durch eine große Anzahl von Ursachen beeinflußt. Unter diesen sind vor allem die Aenderungen in der Lage von Bedeutung; ferner Erschütterungen beim Transport oder auch die Stöße der Schiffsbewegung; auch die Molekularbeschaffenheit, besonders die der Spiralfeder, bringt langsam verlaufende Schwankungen des Ganges hervor. Daher dürfen Uhren nicht kurz nach ihrer Reglage in Gebrauch genommen werden (Dauer der sogenannten Akzeleration ¹/₂–1 Jahr). Die Feuchtigkeit der Luft, durch die Niederschlag auf Unruhe und Spirale erfolgen kann, scheint auch den Gang zu beeinflussen. Aenderungen des Luftdruckes haben auf Chronometer geringeren Einfluß als auf Pendeluhren. Auch der Zustand des Oels an der Achse der Unruhe und andern Teilen der Uhr bewirkt mit der Zeit eine Aenderung des Ganges.

Aus diesen Angaben folgen auch die wichtigsten Vorsichtsmaßregeln beim Gebrauch von Chronometern: Schutz gegen rasche und sehr starke Aenderungen der Temperatur, gegen Feuchtigkeit;[463] ebenso Schutz gegen Staub, gegen rasche und unregelmäßige Lageänderung, Drehen in der Ebene der Unruhe bringt diese, die, wie oben erwähnt, bei dem Boxchronometer und dem eigentlichen Taschenchronometer verhältnismäßig sehr langsam schwingt, sogar leicht zum Stehen, und deshalb ist für manche Zwecke, Reisen in wenig erforschten Ländern u.s.w., d.h. überall bei unbequemem Transport, eine seine Ankeruhr mit 0,2^s Schlag als Beobachtungsuhr oft vorzuziehen, obgleich diese für die Beobachtungen bei den Ortsbestimmungsaufgaben nicht ganz so bequem ist wie eine langsam schwingende. Die angedeutete Gefahr des Stehenbleibens und die Notwendigkeit stets derselben Lage beeinträchtigt die Transportfähigkeit der Marinechronometer sehr; wenn je auf einer Landreise ein solches Instrument mitgeführt wird, darf es nur den zuverlässigsten Trägern übergeben werden und ist sogar am besten zwischen zwei Stationen der Reise allemal in Ruhe zu stellen; ferner Schutz gegen Erschütterungen aller Art, Stöße u.s.w.; Nachsehen der Uhr in genügend kurzen Zeiträumen (jedenfalls alle 3 Jahre) in Beziehung auf Reinheit aller Teile und den Zustand der Oelung durch einen in dieser Arbeit erfahrenen Uhrmacher (das Oel spielt eine sehr große Rolle, und schlechter Zustand desselben [Fehlen einerseits, Trockenlaufen der Wellen, »Verharzen« anderseits] führt besonders die »Sprünge«, sprungweise Aenderungen im Stand des Chronometers, also empfindliche Gangstörungen herbei; vgl. Uhren, astronomische). Sehr wichtig ist endlich das ganz regelmäßige Aufziehen zu einer bestimmten Stunde jeden Tags; ein kleines Hilfszifferblatt bei den Boxchronometern zeigt den Stand des »Ablaufens«. Ueber den Einfluß von Luftfeuchtigkeit und Luftdruck vgl. Uhren, astronomische, und die dort genannte Literatur. Den Einfluß der Feuchtigkeit hat man neuerdings durch luftdicht verschlossene Kästen für die Boxchronometer verringert oder aufgehoben. Ueber den Einfluß von Erschütterungen fanden und finden an den amtlichen Prüfungsstellen für Boxchronometer (s. unten), z.B. in der Deutschen Seewarte, ausgedehnte systematische Versuche statt. Die Schiffschronometer sind in ihren Gehäusen cardanisch aufgehängt, so daß die Welle der Unruhe stets vertikal bleiben kann, und befinden sich an Bord, in dem sogenannten Chronometerspind, im ruhigsten Teil des Schiffs; Taschenchronometer sollen stets möglichst dieselbe Lage behalten, obwohl sie neben der Wärmekompensation auch sogenannte »Lage-Reglage« erhalten. – Schon für die Ruhelage und ohne die oben aufgeführten störenden Einflüsse ist selbstverständlich der völlig isochrone Gang eines Chronometers nur mit großer Annäherung zu erreichen. Veränderung der Temperatur, der Feuchtigkeit, der Struktur der Metallteile, des Oels machen für jedes Chronometer (jedes einzelne ist ein Individuum) eine besondere, an Land über den ganzen Gebrauch der Uhr fortgesetzte Ganguntersuchung, für die Nautik zunächst die Aufstellung einer »Gangformel« notwendig. Man gibt derselben die Form

g = g₀ + α (t – t₀) + β (τ – τ₀) + γ (f – f₀) + α₁ (t – t₀)²,

worin g der tägliche Gang für die Temperatur t, die relative Feuchtigkeit f und gültig für die Zeit τ gerechnet von einer Anfangstemperatar t₀, Feuchtigkeit f₀ und einer Ausgangsepoche τ₀. Für sehr scharfe Unternehmungen führt man auch wohl die Produkte dieser Variabeln ein. Die α, β und γ sind aus einer genügenden Beobachtungsreihe zu bestimmende Konstanten, die dem betreffenden Chronometer eigentümlich sind [14], [21]. – Auf den Schiffen wird ein fortlaufendes Chronometerbuch (Chronometerjournal) über die Stände geführt. Kriegsschiffe werden in der Regel mit (mindestens) drei Chronometern ausgestattet, einmal im Interesse größerer Genauigkeit der Zeitangabe und sodann, weil man bei nur zwei Instrumenten, falls eines davon einen »Sprung« macht, d.h. seinen gewöhnlichen Gang durch eine plötzliche Standänderung unterbricht, nicht entscheiden kann, für welches von beiden Instrumenten dies der Fall war; Passagier- oder große Handelsschiffe begnügen sich leider oft mit nur einem (dazu oft noch alten oder »Second hand«) Instrument. Ueber Gangformeln und Aufstellung derselben, Behandlung der Chronometer u.s.w. in der Nautik vgl. des Näheren die unten angegebenen Schriften.

Bei der großen Wichtigkeit möglichst zuverlässiger Federuhren für das nautische Längenproblem sind insbesondere von seiten der Marineverwaltungen der seefahrenden Völker neuerdings periodische »Chronometerkonkurrenzen« bei den staatlichen Chronometerprüfungsinstituten eingeführt worden, mit oft beträchtlichen Preisen für ausgezeichnete Leistungen, wobei Prüfungsergebnisse und weitere Erfahrungen in entsprechenden Zeitschriften veröffentlicht werden (in Deutschland in den Annalen der Hydrographie und maritimen Meteorologie), vgl. [14] – [19]. In Deutschland ist die wichtigste Boxchronometerprüfungsstation die Deutsche Seewarte in Hamburg (die Kriegsmarine hat eigne Prüfungsinstitute), deren Vermittlung bei dem Kauf eines Boxchronometers in Deutschland unbedingt in Anspruch genommen werden sollte. Es werden jährliche Konkurrenzen abgehalten (Preis 1000–300 ℳ.); jeder deutsche Uhrmacher kann sich beteiligen, wenn er nachweist, daß die wesentlichsten Teile des Chronometers in Deutschland hergestellt sind; in Frankreich und England sind Hauptprüfungsorte die Sternwarten Paris und Greenwich. Für Taschenchronometer übernimmt so ziemlich jede Sternwarte die Prüfung.

Gute deutsche Firmen für Boxchronometer, deren Erzeugnisse jeden Vergleich mit den besten englischen und französischen Werken aushalten, sind gegenwärtig: Bröcking (Hamburg), Diedrich (Geestemünde), Ehrlich (Bremerhaven), Eppner (Berlin), Kittel (Altona), Knoblich Nachfolger A. Meier (Hamburg), Kutter (Stuttgart), Lange & Söhne (Glashütte b. Dresden), Fr. Dencker (Hamburg), Sackmann (ebend.), Tiede (Berlin). Doch ist mit dieser kurzen Aufzählung selbstverständlich nicht gesagt, daß man auch nicht von weniger bekannten Firmen gelegentlich vortreffliche Werke bekommt. Zu betonen ist nochmals, daß man ein Boxchronometer nur durch Vermittlung der Deutschen Seewarte kaufen oder vom Verfertiger das Prüfungsattest jenes Instituts verlangen soll. – Taschenchronometer bezieht man (abgesehen von den ausgezeichneten Schweizer Uhren aus Le Locle u.s.w.) in Deutschland neuerdings gut von Glashütte in Sachsen (Lange & Söhne), von Wessel in Freiburg i. Br., Kutter in Stuttgart u.a. Auch hier darf das Prüfungszeugnis einer Sternwarte nicht fehlen. Der Preis eines Boxchronometers ist, je nach dem Prüfungszeugnis, 500–1000 ℳ. und mehr. Die äußere[464] Ausstattung schwankt bei diesen Instrumenten sehr wenig, um so mehr natürlich bei den Taschenchronometern, bei denen de vielfach ein Hauptfaktor des Preises ist. Feine Ankeruhren, die den eigentlichen Taschenuhren auf Land Reifen gelegentlich vorzuziehen sind (s. oben), erhält man bei einfachster Ausstattung heute schon von 100 ℳ. an. Eigentliche Taschenchronometer kosten bei einfacher Ausstattung 250–400 ℳ., bei reichem Goldgehäuse u.s.w. bis 800 ℳ. und mehr.

Literatur: [1] Vgl. z.B. Séances de la Soc. franç. de Physique, 1876, S. 235; ferner über einige nicht kompensierte Chronometer von Kessels in Astr. Nachr. Nr. 84, S. 224, und über eine Anwendung solcher Instrumente: Bessel, Abhandl., Bd. 2, Leipzig 1876, S. 82; endlich Versuche mit einem nicht kompens. Chronometer, Annalen der Hydrographie 1891 u. ff. – [2] Elementar, aber kurz und klar (speziell für die Seemannspraxis bestimmt) ist Stechert, Das Marinechronometer (im Auftrag der Seew. bearb.), Hamburg 1894, von demselben Verfasser der Artikel »Chronometer« in Valentiners Handwörterbuch der Astronomie; sehr eingehend hat sich seit 20 Jahren der französische Marineingenieur Caspari mit den Chronometern beschäftigt und viele eigne Erfahrungen nebst vollständiger Darstellung der Arbeiten andrer in seinen Werken niedergelegt: [3] Untersuchungen über Chronometer u.s.w. (Paris 1878, von der franz. Akademie preisgekrönt), deutsch (erweitert unter Mitwirkung des Verf.) von Gohlke, Bautzen 1893. – Noch mehr populär gehalten ist [4] Caspari, Les Chron. de Marine (Encycl. des Aide-Mém.), Paris 1894, mit reichen Literaturangaben. – [5] Ders., Astronomie pratique, t. 1, Paris 1888, S. 225–276. – Auch so ziemlich alle andern Lehrbücher der geogr. Ortsbest. und Nautik bieten Belehrung, vgl. z.B. [6] Herr-Tinter, Sphär. Astron., Wien 1887, S. 307–311 (kurz, aber für manche praktische Zwecke genügend), oder in Beziehung zur Nautik, außer der unter [2] genannten Anleitung und den zahllosen englischen und französischen Werken, z.B. [7] Handbuch der Navigation (vom Deutschen Reichsmarineamt), 13. Aufl, Berlin 1891. – Endlich geben alle Lehrbücher der Uhrmacherkunst Auskunft, z.B. der [8] Traité d'Horlogerie von Saunier, deutsche Uebersetzung, 2. Aufl., Bautzen 1890, oder [9] Gelcich, Uhrmacherkunst und Behandlung der Präzisionsuhren, Wien 1892 (Spirale S. 264 ff., Hemmung S. 387–420, Triebfeder S. 228 bis 256 u.s.w.); spez. über die Spiralfeder ist zu vgl. Immisch, M., Isochronismus der Spiralfeder, Weimar 1873. Wichtiges Neuere s. auch in den [10] C.R. du Congrès de Chronométrie, Paris 1889, 1890 und 1902. – [11] Shadwell, Notes on the Management of Chr., London 1861. – [12] De Magnac, Recherches sur l'emploi des Chr. à la Mer, Paris 1874. – [13] Villarceau et de Magnac, Nouvelle Navigation astronom., 2 Bde., Paris 1877. – Die folgende Aufzählung der periodischen Literatur nimmt nicht nur auf die »Konkurrenzprüfungen« Rücksicht, sondern gibt die wichtigsten der chronometrischen Sammelwerke überhaupt. – [14] Vgl. neben dem älteren »Regulativ für das Chronometerprüfungsinstitut bei der Seewarte in Hamburg« (Hamburg 1876) und dessen Ergänzungen, die neueren Aufsätze von Peters, Borgen u.a. in fast allen Jahrgängen der Ann. der Hydrographie u.s.w. (Einzelnes als Beispiele: Peters, Chronometergänge), 1887, S. 505; Verhalten der Marinechronometer gegen versch. Feuchtigkeit, 1889, S. 107; Temp.-Korr., ebend., S. 149; Verhalten der Chronometer auf bewegter Unterlage ebend., S. 225; Konkurrenzprüfung, ebend., S. 298, Gangformeln für die Chronometer dieser Prüfung, S. 303. – Klassifikation der Chronometer u.s.w., 1890, S.41; die Berichte über die sämtlichen Konkurrenzprüfungen (1904 fand die 27. Prüfung statt). – Vergleich, der Chronometer nach ihrer Kompensationsart, 1891, S. 503, Temp.-Korr., ebend., S. 27. – [15] Ausführlich ist der Bau und die Kompensation der Chronometer behandelt in Ambronn, L., Handbuch der astron. Instrumentenkunde, Bd. 1, S. 247 ff., Berlin 1899. – [16] Die wichtigste franz. Chronometerzeitschrift (zwanglos) sind die »Recherches sur les Chronomètres« (et Instr. nautiques), Dépôt de la Marine, Paris 1859–1903, bis jetzt Heft 1–22, die alle wichtigen theoretischen und praktischen Arbeiten der Franzosen auf diesem Gebiet enthalten (die schon unter [3] oben zitierte Arbeit von Caspari ist eines dieser Hefte). – Auch [17] die »Annales Maritimes« und die »Revue Maritime et Coloniale« enthalten Chronometerberichte (die zuletzt genannte Zeitschrift z.B. im Jahrg. 1887, Rollet de l'Isle, Concours etc.). – [18] Die englischen Chronometerresultate sind besonders gegeben in den »Greenwich Rates of Chr., on trial for purchase by the Board of Admiralty at the Roy. Obs. Greenw.« (und ähnliche Titel), z.B. für Oktober 1891 bis Januar 1892, London 1892 erschienen. – [19] Uebrigens bestehen Einrichtungen zur Prüfung von Chronometern und Chronometerkonkurrenz selbstverständlich auch an andern Orten mit großer, seiner Uhrenindustrie, in der Westschweiz (Jura) z.B., s. z.B. Gautier, Le Service chronom. à l'Obs. de Genève et les concours etc. (auch mit Nachrichten über die Einrichtungen andrer Sternwarten zur Untersuchung von Taschenchronometern, z.B. in Neuchâtel), Genf 1894; Cellerier, Conc. national de Comp. des Chronom., Genf 1885, und desselben Etudes numériques des Concours de Comp. etc., Genf 1887. – [20] Berichte über die Fortschritte in der Anfertigung von Box- und Taschenchronometern bringen endlich auch alle Uhrmacherzeitungen, z.B. die Deutsche Uhrmacherzeitung, Revue Chronométrique (Paris), Journal suisse d'Horlogerie (Genf), Horological Journal (London) u.s.w. – [21] Villarceau, Y., Annales de l'Observatoire de Paris, t. 7, und die Arbeiten des Chronometerprüfungsinstituts zu Hamburg.

Ambronn.

Fig. 1.

Fig. 2.

Fig. 3.