Mit diesem Namen („Zeitmesser”) wird eigentlich jede Uhr bezeichnet;
es hat sich aber jetzt dieser Ausdruck ausschließlich eingebürgert für
jene feinsten Federuhren, welche gegen Temperatur- und Lageänderungen
etc. möglichst unempfindlich sein sollen bei hervorragend genauem
Gange. Sie dienen besonders den Zwecken der Schifffahrt und Astronomie.
Die Chronometer werden in zwei Ausführungen gebaut: in großem
Maßstabe, als sogenannte Box-Chronometer und in kleinerer Form, als
Taschenchronometer.
Da Pendeluhren zur See selbstverständlich nicht brauchbar sind, eine
Uhr aber doch erwünscht und notwendig ist, so treffen wir schon
frühe auf Versuche zur Herstellung genau gehender Zeitmesser behufs
Ortsbestimmung auf dem Ozean. Es ist das die berühmte Frage der
Längenbestimmung auf offenem Meer.
Während die alten Völker sich vorzugsweise auf Küstenfahrten
beschränken mußten, durchfurcht das moderne Schiff alle Meere mit
täglich wachsender Geschwindigkeit und einer Sicherheit, als ob
es von unsichtbarer Hand dem Ziele zugesteuert würde. Außer dem
Berufsseefahrer, oder denjenigen Lesern, welche in der mathematischen
Geographie bewandert sind, wissen wohl die wenigsten Menschen, wie es
möglich ist, jeden Augenblick den Ort des Schiffes zu bestimmen. Es hat
tatsächlich auch lange gedauert, bis diese Aufgabe befriedigend gelöst
war, und nur unter steter Beihilfe von Wissenschaft und Kunstfertigkeit
ist sie endlich gelungen. -- Unzweideutig ist die Lage eines Punktes
auf unserer Erde bestimmt, durch Angabe seiner geographischen Breite
und Länge. Die Breite läßt sich am leichtesten feststellen, da sie
immer gleich dem Bogenabstand des Poles vom Horizont (Polhöhe) ist.
Segelt der Schiffer nach Norden, so heben sich die zugewandten Sterne
scheinbar immer mehr; diese wechselnde Stellung bietet nun ein Mittel,
die geographische Breite, d. h. den Abstand vom Aequator zu messen.
Zum gleichen Ziele führen auch Messungen der Sonnenhöhe, wenn sie
durch den Meridian geht u. s. w.
Bedeutend schwieriger ist es jedoch, den Längengrad zu bestimmen,
d. h. den Abstand des Meridians des Beobachters vom Meridian eines
bestimmten festen Punktes. Als Ausgangspunkt der Zählung wird jetzt auf
allen Seekarten Greenwich angenommen, nur die Franzosen beziehen sie
auf den Meridian von Paris (Paris liegt 2° 20′ 14″ östlich von G.). Da
unsere Erde sich mit der größten Regelmäßigkeit in 24 Stunden einmal
um die eigene Achse dreht, so ist es klar, daß auf eine Stunde Zeit
15 Längengrade kommen, also 4 Minuten auf einen Grad u. s. w. Ebenso
leicht begreifen wir, daß östlich gelegene Orte früher Mittag haben
als westliche, daß also bei einer Reise von Westen nach Osten parallel
zum Aequator, die Uhr des Reisenden beständig zurückbleiben muß, auf
einen Grad Längendifferenz um 4 Minuten, ebenso viel geht sie voraus
bei einer Bewegung im entgegengesetzten Sinne. Nun verstehen wir auch,
wie die Bestimmung der Länge mit Hilfe einer genau gehenden Uhr möglich
wird. Wurde, um ein Beispiel anzuführen, die Schiffsuhr bei der Abreise
genau nach Greenwicher Zeit gerichtet, und zeigt sie irgendwo am Mittag
statt 12 Uhr, wie die betreffende Ortsuhr, z. B. 2 Uhr, so ist die
Sonne schon vor 2 Stunden durch den Meridian von Greenwich gegangen;
wir befinden uns folglich um so viele Grade westlich von diesem Punkte,
als die Sonne in der Zeit von zwei Stunden durchläuft, d. h. 30°
westlich von Greenwich. Angesichts der Wichtigkeit des Seeverkehrs, der
Verantwortung für so viele Menschenleben und auch des großen Kapitals,
welches in unsern modernen Schiffskolossen steckt, ist es begreiflich,
daß das größte Gewicht auf genaue Ortsbestimmungen gelegt wird und
ebenso, daß Irrtümer in dieser Beziehung immer unangenehme, nicht
selten gefährliche Folgen haben müssen. Daher das Interesse, welches
schon seit mehreren Jahrhunderten dem Schiffschronometer zu teil
geworden. Dieses Interesse mag es auch rechtfertigen, hier, bevor wir
auf die eigentliche Schiffsuhr eingehen, kurz noch die Hauptmomente der
Geschichte des Chronometers, oder des Längenproblems zu berühren.
Einer der ersten, welcher Uhren zur Längenbestimmung (auf dem Lande)
vorschlug, war so viel bekannt, Rainer Gemma, aus Friesland.[82] Aber
dieser gute Rat scheiterte aus Mangel an guten Uhren. Wie die Spanier
versichern, hätte schon früher Alonso de Sta. Cruz in einem seither
verloren gegangenen, Philipp ~II.~ gewidmeten Buche denselben Vorschlag
gemacht; ebenso der Sohn des Christof Columbus, Don Hernando Colon.
Letzterer könnte als der Vater dieser Idee bezeichnet werden. Der
genannte spanische Herrscher soll auch für die Lösung des Problems
einen Preis von 10000 Talern in Aussicht gestellt haben (nach heutigem
Geldwert ca. 100000 Fr.). Die holländischen Staaten bestimmten anfangs
des ~XVII.~ Jahrhunderts zum gleichen Zwecke die Summe von 30000
Gulden.[83] Auch Huygens beschäftigte sich mit dieser Aufgabe, ebenso
Leibniz. In rechten Fluß kam die Frage aber erst, als England 1714
einen entscheidenden Schritt tat. In diesem Jahre wurde eine Kommission
eingesetzt, an welcher neben andern auch der berühmte Newton teilnahm.
Dieser unterzog in einer Denkschrift die bisherigen Methoden der
Längenbestimmung einer Kritik und schloß mit dem Rate, zur Aufmunterung
von Künstlern und Gelehrten einen Preis auszuschreiben. Dem wurde
seitens der Regierung Folge gegeben, indem sie 10000 Pfund (200000
Mk.) bestimmte für denjenigen, welcher eine Methode erfände, um bei
einer Fahrt von England nach Westindien die Länge bis auf 1 Grad, 15000
Pfund bis auf ⅔ und 20000 bis ½ Grad genau zu bestimmen. 1720 folgte
Frankreich diesem Beispiele, indem es die gleiche Preisaufgabe stellte.
Der Mann nun, welcher die gestellte, gewiß nicht leichte Forderung
erfüllte, und, wenn auch erst spät, den Preis erhielt, war Jean
Harrison von Barrow, Grafschaft Lincoln (1693-1776), Sohn eines
Zimmermanns und auf dem Gebiete der Uhrmacherkunst vollständiger
Autodidakt. 1736 brachte er einen Chronometer zustande, welcher vorerst
auf einem Flußschiff erprobt wurde. Später übernahm ihn ein englischer
Schiffskapitän auf eine Fahrt nach Lissabon. Das Resultat war gut, so
daß die Längenkommission ihn zu weiterem Schaffen ermutigte und eine
Unterstützung gewährte. Nachdem Harrison noch zwei weitere Modelle
angefertigt, erhielt er 1749 von der königlichen Akademie die goldene
Copley-Medaille (diese drei Uhren werden als kostbare Urkunden zur
Geschichte der Zeitmessung im Observatorium zu Greenwich aufbewahrt).
Im Jahre 1761 willfahrte endlich die Kommission den Bitten Harrisons,
seine Uhr zur Erprobung auf eine Fahrt nach Jamaica mitzunehmen.
Der Sohn des Erfinders machte die Reise mit, welche nach 18tägiger
Dauer eine berechnete Längendifferenz von 13° 50′ ergab, während das
Chronometer 15° 19′ wies. Natürlich erhob sich ein Streit; der junge
Harrison stand zu den Angaben der Uhr und behauptete, daß am nächsten
Morgen die Insel Portland sichtbar sein müßte, was auch wirklich
eintraf. Aehnlich erging es beim Anlaufen der Antillen. Am 61. Tage
lief das Schiff im Hafen von Jamaica ein. Es wurde nun nach den
Ergebnissen des Merkurdurchganges von 1743 der Längenabstand von Port
Royal auf Jamaica zu 5 Stunden 2′ 51″ westlich von Portsmouth bestimmt,
während das Chronometer 5″ weniger ergab. Auch auf der Rückfahrt
bewährte sich die Uhr ausgezeichnet; nach einer Probezeit von 161
Tagen ging sie noch auf 65″ genau, was ¼ Grad entspricht.[84]
So hatte Harrison die Aufgabe gelöst und zwar genauer als es verlangt
war, aber den ganzen Preis erhielt er doch noch lange nicht. Man erhob
Zweifel über die Zuverlässigkeit der Längenbestimmung von 1743 und
beschloß, eine zweite Fahrt zu unternehmen, vorher aber dem Erfinder
eine Abschlagszahlung von 5000 Pfund zu machen, mit der Verpflichtung
seine Konstruktion zu veröffentlichen. Es geschah dies in der Schrift:
~„Principles of time keeper.”~ Die Fahrt wurde 1764 angetreten, das
Fahrzeug, ein Kriegsschiff, zählte unter seinen Passagieren wieder
den jungen Harrison. Diesmal war das Ergebnis noch besser als zuvor,
so daß die Längenkommission erklärte, Harrison gebühre der Preis.
Das Parlament aber verstand sich bloß zur Zahlung von weitern 5000
Pfund mit der Erklärung, der Rest würde folgen, sobald der Gewinner
andere Uhrkünstler instand gesetzt haben werde, derartige Uhren auch
zu verfertigen. Diese Bedingung gab Anlaß zu langen und ärgerlichen
Streitigkeiten, bis schließlich der Uhrmacher Kendal nach Angaben
Harrisons eine Seeuhr herstellte, welche Cook auf seiner Weltumseglung
mitnahm und als gut erprobte. Der Erfinder war 75 Jahre alt, als er den
letzten Teil seines sauer verdienten Guthabens erlangte.
Außer dem oben erwähnten Kendal erwarben sich noch Mudge und andere
großen Ruhm durch Verfertigung genauer Chronometer.
Die glücklichen Erfolge, welche der geniale Harrison erzielt hatte,
reizten auch andere Künstler zur Lösung der gleichen Aufgabe. Hier sind
vor allem der Franzose Le Roy und der Neuenburger Berthoud zu nennen.
Pierre le Roy, den Saunier den hervorragendsten Uhrmacher Frankreichs
nennt, geb. 1717 zu Paris, gest. daselbst 1785, war der Sohn Julien
le Royʼs. Er erfand eine eigene freie Hemmung, die zuerst an seinem
1763 fertig gestellten Chronometer zur Anwendung kam.[85] Schon 1754
erhielt die Akademie von ihm ein versiegeltes Schreiben, in welchem
er die Prinzipien seiner Seeuhr klar legte; nach 10jähriger Arbeit
lag die erste Ausführung vor, welcher im Verlaufe noch zwei weitere
Modelle folgten. 1767 bewarb sich Le Roy um den Preis; die Akademie
verlangte jedoch eine Prüfung zur See. Diese erfolgte auf Kosten eines
edelsinnigen Privatmannes, Courtanvaux, und fiel gut aus. Ein zweiter
Versuch wurde mit einem Regierungsschiffe unternommen; den Uhrstand bei
der Abfahrt bestimmte der berühmte Cassini, das Endergebnis war eine
Genauigkeit von ⅛ Grad. Zwei weitere Fahrten genügten endlich, um alle
Zweifel an der Brauchbarkeit des Werkes zu beseitigen. Nun beginnen,
ganz wie in England, auch die Schwierigkeiten für den Erfinder: man
wollte nicht bezahlen. Dazu kamen noch Prioritätsstreitigkeiten mit
Berthoud, dessen Chronometer auf der letzten der oben genannten
Prüfungsfahrten zugleich mit dem Instrumente Le Royʼs erprobt worden
war. Schließlich indes erhielt Le Roy den Lohn für 25jährige Arbeit im
Dienste des Vaterlandes.
Der soeben erwähnte Berthoud (1727-1807) war außer auf dem Gebiete
der Uhrmacherkunst noch schriftstellerisch tätig; er verfaßte u. a.
eine Geschichte der Zeitmessung (~histoire de la mesure du temps
par les horloges~, 1782, 2 Bde.), auch brachte er einige wichtige
Verbesserungen an der Chronometerhemmung an. Le Roy und Berthoud
verwarfen überhaupt die Harrisonʼsche Hemmung, ihre Konstruktion ist
zweifellos besser und der Idee nach bis heute geblieben. Saunier nennt
die Chronometerhemmung eine Kollektiverfindung von Pierre le Roy,
Berthoud, Arnold, Breguet und Earnshav.[86]
Werfen wir nun nach diesen, vielleicht etwas langen geschichtlichen
Bemerkungen einen Blick auf die heute gebräuchlichen Chronometer.
[Illustration: Fig. 61.]
Fig. 61 zeigt ein derartiges Instrument. Es weicht im Bau bedeutend
von einer Taschenuhr ab. Die beiden, in der Abbildung sichtbaren
Federhäuser wirken auf ein und denselben Trieb ein; die Federn werden
nach einander aufgezogen, während die Uhr weiter läuft. Das Aufziehen
erfolgt alle Tage, wobei aber die Feder nur ganz wenig gespannt wird,
so daß sie mit einer gewissen mittleren, nahezu gleichbleibenden
Kraft zieht. Die Unruhe unterscheidet sich von der gewöhnlichen durch
die Form ihrer Spiralfeder, welche nicht in einer Ebene gebogen ist,
sondern wie eine Sprungfeder läuft. Sie besteht aus Stahl oder Gold.
Die Kompensation ist die oben erwähnte (Fig. 60).
[Illustration: Fig. 62.]
Eine eigentümliche Konstruktion zeigt die Hemmung. Wie unsere Abbildung
Fig. 62 darlegt, fehlt der Anker. Seine Stelle nimmt die Feder ~A~ ein,
welche in ~B~ mit dem dünneren Teile befestigt ist und etwas oberhalb
des Hemmungsrades, d. h. ein wenig über der Zeichenebene liegt. Diese
Feder ist nahe am dickeren Ende bei ~C~ mit einem Ansatz, senkrecht zur
Bildebene, dem sogenannten Ruhestein versehen, welcher die Zähne des
Hemmungsrades der Reihe nach aufhält, sie auf sich ruhen läßt. Gegen
das dünne Ende der Feder hin ist in ~D~ eine zweite sehr feine und
biegsame Feder ~E~ aus Gold befestigt, welche durch den hakenförmigen
Ansatz ~F~ frei beweglich hindurch geht, so daß ~E~ nach unten sich
ungehindert gegen die Radmitte bewegen kann, aber beim Rückgang nach
oben die Feder ~A~ mitnimmt. -- Auf der Achse der Unruhe ~G~ befindet
sich ein Scheibchen, welches bei ~a~ einen Stift trägt, der bei jeder
Schwingung der Unruhe mitbewegt wird, also gegen die Goldfeder stößt.
Geht nun z. B. ~a~ nach unten, so verschiebt sich das feine Federchen
~E~ leicht in der gleichen Richtung, während ~A~ in Ruhe bleibt,
wie auch der Zahn des Hemmungsrades bei ~C~. Wenn dann ~a~ wieder
zurückkommt, so wird auch ~A~ mitgenommen, so daß das Steigrad sich
drehen kann. Diese Drehung beträgt aber nur einen Zahn, weil die kleine
Feder, so bald sie frei wird, samt der Hemmungsfeder in die Ruhelage
zurückschnellt und den folgenden Zahn aufhält. Unterdessen stößt
einer der späteren Zähne an die Kante des Einschnittes ~i~ und gibt
dadurch der Unruhe einen neuen kleinen Antrieb. -- Wir haben also hier
eine „freie” Hemmung, da ja der Regulator (die Unruhe) mit Ausnahme
des kleinen Stoßes frei schwingt und vom Steigrad weder durch Druck
noch durch Reibung in seiner freien Bewegung gehemmt ist. So viel zur
Erklärung der Chronometerhemmung. Man begreift, daß eine derart exakte
und schwierige Konstruktion nur bei den feinsten und teuersten Uhren
in Anwendung kommt, also gewiß nicht bei den „Chronometern” des großen
Publikums sich findet.
Die Schiffschronometer werden in einem doppelwandigen, gepolsterten
Kasten in kardanischer Aufhängung, d. h. nach jeder Richtung frei
beweglich, also immer in horizontaler Lage verharrend, aufbewahrt.
Dieses „Chronometerspind” befindet sich im ruhigsten Teil des Schiffes.
Da sehr große Anforderungen an eine solche Uhr gestellt werden, so
hat jedes Werk eine eingehende Prüfung zu bestehen; diese wird in
Deutschland meist von der Seewarte zu Hamburg besorgt. Im übrigen
besitzt jede Kriegsmarine eigene Institute zur Anstellung derartiger
Versuche.
Die deutsche Seewarte in Hamburg prüft Chronometer sowohl inbezug
auf die Kompensation als auch auf genaue kardanische Aufhängung.
Die Dauer einer Untersuchung beträgt drei Monate; während welcher
die Uhren Temperaturschwankungen von etwa 5-30° ausgesetzt werden.
Für niedrige Temperaturen ist ein eigener Eiskeller vorhanden; in
einer Heizkammer wird die Luft durch Oefen oder Gasflammen auf die
erforderliche Temperaturhöhe gebracht. Zur genauen Kontrolle des Ganges
dient ein Chronograph, der mit der Normaluhr der Sternwarte verbunden
ist. Bei Konkurrenzprüfungen beträgt die Dauer zuweilen 180 Tage; es
wird dabei die Temperatur immer von 5 zu 5 Grad verändert, so daß
die Uhren jeder dieser Wärmestufen 30 Tage lang ausgesetzt sind. Die
Güte der Aufhängung wird geprüft, indem man den Uhren jede beliebig
geneigte Lage gibt und sie längere Zeit so gehen läßt. Um den Einfluß
der verschiedenen Bewegungen, die ein Schiff macht, zu bestimmen, wird
das Chronometer in einen Apparat gebracht, der nach verschiedenen
Richtungen durch einen Motor bewegt werden kann. Eine andere Prüfung
erstreckt sich auf den Magnetismus und dauert zwei weitere Wochen.
Die Ziffer ~XII~ der Uhr wird abwechselnd nach den 4 Himmelsgegenden
gekehrt und der Gang darnach kontrolliert.
Im Bisherigen wurde öfters der Ausdruck „Gang” gebraucht. Man versteht
darunter den Zeitunterschied, den das Chronometer zeigt gegenüber der
wahren astronomischen Zeit. Dieser Unterschied wird mit dem ± Zeichen
versehen angegeben und zwar so, daß z. B. der Ausdruck: „täglicher Gang
= + 3,5 Sekunden” besagen will, die Uhr zeige in 24 Stunden 3,5″ zu
wenig, sie bleibe zurück, man müsse also den genannten Betrag addieren,
um die genaue Zeit zu erhalten (hier ist Greenwicher Zeit verstanden,
oder, wenn auf mitteleuropäische bezogen, immer genau 1 Stunde mehr).
Nun wird auch der beste Chronometer nie absolut genau gehen; ebenso
sind Störungen nie ausgeschlossen; aus diesem Grunde führen z. B.
Kriegsschiffe drei oder mehr Chronometer an Bord. Zwei anzuwenden,
hätte nicht viel Nutzen, da man bei allfälligen Störungen nicht
wissen könnte, welcher fehlerhaft zeige. Ein drittes Instrument aber
ermöglicht eine gute Kontrolle. Bei den Riesensummen, welche der Bau
eines Kriegsschiffes verschlingt, kommen ja die Kosten für einige
Seeuhren nicht ernstlich in Frage.
Zweifelsohne stellen die Chronometer den Höhe- und Glanzpunkt der
gegenwärtigen Leistungen auf dem Gebiete der Uhrmacherkunst dar; es
leuchtet ein, daß nur das Zusammenwirken der mannigfaltigsten Kräfte im
Vereine mit strengster Prüfung derartige Erfolge möglich machen.