Das ist ja klasse, wie man die Bewegung der Hemmung und des Pendels in Echtzeit, den Rest aber in Zeitraffer sieht.
Ich nehme an, dazu muss man eine Aufnahmefrequenz haben, die um ein weniges langsamer ist als das Vielfache einer Sekunde

Exakt so!

Moritz

Ein sehr gut gemachtes interessantes Video!

Zitat von mikromeister im Beitrag #241

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Das ist ja klasse, wie man die Bewegung der Hemmung und des Pendels in Echtzeit, den Rest aber in Zeitraffer sieht.

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Das nicht enden wollende Kompensations-Drama

Inzwischen doktere ich ja schon länger am Pendel herum als am eigentlichen Uhrwerk. Der Reihe nach:

Zunächst hatte ich ein invertierte Mahler-Pendel gebaut (siehe Drei-Räder-Uhr, angelehnt an Harrison (9) ), mit dem ich aber nicht glücklich wurde: Aufgrund der offensichtlichen Reibung der Hebelei, aber auch aufgrund der unzureichenden Kompensationswirkung. Im Widerspruch zu meiner Berechnung hatte ich die Kugeln ganz nach außen schrauben müssen, um überhaupt eine Wirkung erkennen zu können.

Als zweites entstand ein Rostpendel in weitestgehender Anlehnung an Harrisons Konstruktion (siehe Drei-Räder-Uhr, angelehnt an Harrison (16) ), dessen Kompensationswirkung sich überraschenderweise ebenfalls als unzureichend erwies, obwohl ich fast den kompletten Platz zwischen Aufhängung und Linse für den Gitterrost nutzte: Selbst bei maximaler Ausnutzung des Verstellweges zeigte sich immer noch ein inakzeptables Nachgehen der Uhr im Warmen:



Temperatur und Gang sehen wie gespiegelt aus; das Nachgehen betrug etwa -0,25 Sekunden pro Tag und Kelvin.
Das ist ziemlich genau die Hälfte dessen, was man bei einem einfachen Stahlpendel erwarten würde (-0,50 Sekunden pro Tag und Kelvin).
Von einer hinreichenden Kompensation war das Rostpendel daher meilenweit entfernt; ich nahm daher an, dass es irgendwo klemme. Ich habe es zwar mehrfach zerlegt und die Bohrungen in den Brücken nachgerieben, konnte aber nicht erkennen, wo. Sehr mysteriös, denn wenn das Pendel klemmen würde, würde ich eher erratische Veränderungen des Gangs erwarten, aber kein so sauberes Spiegelbild.
Aber insofern ein Lichtblick, als dass der Gang offenbar nur von der Temperatur abhing, das Uhrwerk selbst also „sauber“ zu sein schien.

Als verzweifelten dritten Versuch habe ich nun, wie in Temperaturkompensation eines Pendels (3) beschrieben, ein Invar-Pendel in freier Anlehnung an die Konstruktion von Pleskot/Trapp gebaut. Zumindest optisch passt es, zumindest nach meinem Geschmack, besser zum eher grobschlächtigen Stil meines Holzwerks als das eher filigrane Rostpendel, das sich dennoch als rudimentäres Zitat darin noch erkennen lässt.
Doch dann ging es erneut los: Selbst bei zur maximalen Länge von 120 mm herausgedrehtem Kompensationsrohr (was nach der Berechnung gemäß Temperaturkompensation eines Pendels (2) dicke hätte reichen sollen) zeigte sich immer noch eine Unterkompensation mit -0,05 Sekunden pro Tag und Kelvin:



Erst nachdem ich ein weiteres, 70 mm langes Kompensationsrohr unterhalb der Linse eingefügt hatte (zum Glück war der Gewindestab dafür lang genug...), ist erstmals der Temperatureinfluss verschwunden:





Nichts geschieht ohne Preis, dafür taucht nun eine leichte Druckabhängigkeit von -0,01 Sekunden pro Tag und mBar auf, aber das ist weniger schlimm. Da werde ich zwar nochmal ran müssen und z.B. mit der Amplitude spielen (siehe Hill-Test Drei-Räder-Uhr, angelehnt an Harrison (13) ), aber dafür ist die Grundvoraussetzung, dass man die Temperatur im Griff hat, und das scheint nun erstmals der Fall.

Aber wieso?

Spätestens wenn man damit zum dritten Mal auf die Schnauze gefallen ist, sollte man anfangen, bislang sicher geglaubte Gewissheiten in Frage zu stellen. Insofern ist die Beschäftigung mit Harrisons Prinzipien ist eine ausgezeichnete Schule in Demut (@Matthias Bigalke hatte mich gewarnt)!

Entweder hatte ich trotz dreier vollkommen unterschiedlicher Pendelkonzepte drei Mal in Folge Pech mit der Materiallieferung, dass sich die Stäbe nicht so verhalten haben wie berechnet...

...oder aber meine Uhr bzw. Hemmung benötigt zum Ausschalten der Temperaturabhängigkeit keine „slight overcompensation“ (siehe "Harrison decoded"), sondern vielmehr eine „heavy overcompensation“ von ungefähr dem Doppelten des berechneten Wertes! Eine so starke Überkompensation, dass ein Rostpendel Harrisonscher Bauart bei mir nicht 9 Stäbe, sondern 17 Stäbe hätte haben müssen.
Also "much, much shorter when warm".

Fazit

Wenn dem so wäre, dann zeigen meine Ergebnisse überdeutlich, dass es sinnlos ist, nur den Pendelstab (oder genauer: Die reduzierte Länge des Pendels) zu temperaturkompensieren!
Eine vollständige Kompensation kann nur im Zusammenwirken mit dem Uhrwerk vorgenommen und erreicht werden, einschließlich des Hemmungsfehlers, des Luftwiderstandes und des Kreisbogenfehlers der Aufhängung. Zudem zeigen die beiden obigen Messungen, wie eng Temperaturfehler und barometrischer Fehler ineinander verflochten sind.

Den Verstellweg der Kompensationseinrichtung lediglich anhand der berechneten reduzierten Pendellänge zu konstruieren, wie ich noch in Temperaturkompensation eines Pendels (2) beschrieben hatte, ist nicht zielführend, erzeugt nur Scheingenauigkeit, und kann allenfalls dazu dienen, den Verstellweg nach unten hin abzuschätzen. Demgegenüber ein Doppeltes an Verstellweg vorzuhalten ist kein Fehler!

Mag meine Uhr, die (aus Gründen, die noch zu finden wären) offenbar eine fast doppelt so große Kompensation verlangt wie berechnet, auch ein extremes Beispiel sein:
Man sieht auch, dass das von @Wolf_50 in Messung Temperaturkoeffizient des Pendelstabes beschriebene Verfahren, den Temperaturausdehnungskoeffizienten eines Pendelstabes im Zusammenwirken mit einem Uhrwerk (was dort schon @wahli76 kritisierte) zu bestimmen, nicht korrekt sein kann. Mag es bei seiner Uhr auch zu einem Ergebnis im Bereich des Erwarteten geführt haben; bei meiner Uhr wäre ich damit auf fast das Doppelte des tatsächlichen Ausdehnungskoeffizienten gekommen.

Auch erkenne ich immer mehr, was für ein zeitraubender Prozess es sein kann, eine PPU einzuregulieren, der sich über Monate oder ein ganzes Jahr ziehen kann.
Harrison schrieb in Bezug auf seine "1 second in 100 days"-Behauptung (die erst fast 300 Jahre später durch Burgess Clock B bewiesen wurde), dass sein RAS-Regulator sie hätte wohl erreichen können, wenn er denn dazu gekommen wäre, ihn einzuregulieren. "Warum hat er es denn dann nicht einfach getan?", fragte ich mich lange, und sicher auch viele Harrison-Kritiker, die die Behauptung als pure Fantasterei hinstellten. Antwort: Weil er einfach nicht die Zeit dazu hatte. Umso mehr, wenn man noch keine Zeitwaage als Datenlogger zur Verfügung hat und auf händische Aufzeichnungen von Gang und meteorologischen Daten angewiesen ist...

Messtechnik und Auswertung

Daher abschließend ein Loblied auf die Zeitwaage: Ich verwende die großartige Zeitwaage von @Willy, die auf https://www.henschke-geraetebau.de/dr/Zeitwaage.html beschrieben und mittlerweile wohl auch erhältlich ist. Nicht im Sinne der Zeitwaage des Uhrmachers, der aus der kurzen Messung einer Kleinuhr deren Gang extrapoliert, sondern als Datenschreiber einschließlich der meteorologischen Daten. Ein Riesenvorteil von Willys Waage gegenüber etwa dem Mumford MicroSet ist, dass man alle Daten als ASCII-file auslesen und in beliebigen Programmen, beispielweise Excel, auswerten, weiterverarbeiten und darstellen kann.

Um den Temperaturfehler und barometrischen Fehler zu bestimmen, hat sich für mich nach einer Anregung von Willy die Ausgleichsrechnung (siehe https://de.wikipedia.org/wiki/Ausgleichungsrechnung ) bestens bewährt:
Man nimmt für den Gang der Uhr eine lineare Abhängigkeit von Temperatur und Druck an, so dass sich der Gang durch den Ausdruck
Gang [s/d] = k_0 + k_T * T + k_p * p
modellieren lässt.
Darin ist T die Temperatur in °C, p der Luftdruck im mBar, k_0 ein konstanter Offset, k_T die Temperaturabhängigkeit in s/(d*K) und k_p die Druckabhängigkeit in s/(d*mBar).

Dann optimiert man die Konstanten so lange, bis die Summe der quadratischen Fehler minimal ist, oder notfalls auch rein optisch per curve fitting, bis der modellierte und der gemessene Gang bestmöglich zusammenpassen. Sollten sich darin noch andere Effekte zeigen, die sich nicht durch Druck und Temperatur modellieren lassen, hat man noch andere Probleme...

Und ganz zum Schluss noch der Stand der Uhr, der sich in der guten Woche, seit die letzte Messung läuft, in einer Bandbreite von 0,2 s bewegt.
Bisher mein bestes Ergebnis, es geht voran. Was für eine Erleichterung!



Moritz

Hallo Moritz,

mein Respekt vor so viel akribischer Tüftelei! Ein tolles Projekt, von dem ich immer wieder begeistert bin
Wenn so stark kompensiert werden muss, wäre es nicht eventuell günstiger Aluminium (23,1 x 10^-6 1/K) oder gar Zink (30,2 x 10^-6 1/K) statt Messing (18,4 - 19,3 x 10^-6 1/K) für die Kompensationsrohre zu nehmen?
Das sieht vielleicht nicht so schön aus, ließe sich aber eventuell in einer Zierhülse verstecken?

Gruß aus Belgien,
beamer

Hallo Moritz,
ist doch gut wenn es langsam besser wird.

Es ist heutzutage schwierig, da es kein "einfaches" Material mehr für den Normalverbraucher gibt.

Alles ist irgend wie super-spezial, und Otto-Normalverbraucher bekommt nur das was bei den Großabnehmern übrig geblieben ist.

So sind die meisten Dinge aus Messing nicht mehr einfaches CuZn37 sondern in Wirklichkeit sowas wie CuZn20Pb2Sn15FeMnSi, sagt Dir aber keiner ... .
Eines der Probleme ist bis zur Hälfe des Zink, kann ohne Deklarierung durch Zinn ersetzt werden. Weil ja Zink minderwertiger ist als Zinn. Blöd ist nur das Zinn einen deutlich geringeren Ausdehnungskoeffizienten hat.
So dass die diversen Sondermessinge statt 19.3 x 10^-6 nur etwas zwischen 16 und 17 x 10^-6 bringen. selbst beim Recycling unbemerkt mitgeschleppte Verunreinigungen von Selen,Tellur,Arsen usw. senken den Koeffizienten merklich.
Mit dem Invar sieht es nicht besser aus. Da wird beim Hersteller jede Charge anders, die am besten geroffenen Chargen kriegen die Massenabnehmer. der Rest wird getempert und Handverlesen.
Was uns so angeboten wird rangiert oftmals zwischen 2,4-5 x 10^-6 und ist obendrein lange und sehr warm ausgelagert, wenig langzeitstabil.

Auch mit dem Eisendraht ist es schwierig. Das was man so in den Baumärkten kriegt, ist Betonstahl ... und weil Beton 13-14 x10^-6 hat hat man den Betonstahl auf einen ähnlichen Koeffizienten abgestimmt.
Was auch gern genommen wird, ist Schweißdraht, auch das ist wieder ein Speziealstahl irgend etwas hochlegiertes mit viel Mangan ... da ist man anstelle von 11 schnell bei 15-16x10^-6.
Dumm gelaufen Schweißstäbe (die verkupferten Stäbe) SG3 und CuZn20Sn15 Schraubenmessing aus dem Baumarkt genommen, und Du hast in den Senkern 15 statt 11, und in den Hebern 17,3 statt 19,5 , fehlt Einem nachher 40% der Kompensation, und man guckt blöd aus der Wäsche.

Ähnlich blöd kann es Dir beim Trapp-Pendel ergehen. Du hast beim Invar mit 1,5 gerechnet, 2,5 bekommen und vom selben Schraubenmessing genommen, und Dir fehlt dadurch etwa 1/3 der Messinglänge.
Viele Metallhändler haben ein Handgerät zur Funkenspektrometrie, und können Dir wenigstens bei Eisen und Messing sagen was Dich erwartet. Bei Invar hilft wirklich nur den Koeffizienten selber zu messen, da findest Du immer ~36% Nickel. aber es kommt aber auf die Spurenelemente und die Kristallbildung an. Und das können diese einfachen Geräte nicht messen.
Martin Burges, merkte dazu an, Nochmal und nochmal gerechnet, und dann war die Messinglänge trotzdem 30% zu kurz. Am Ende waren es 22 Hülsen verschiedener Längen und Werkstoffe, bis ein Einstellmechanismus gebaut wurde
der letztendlich die Kompensation auf ein brauchbares Niveau brachte.

Du bist also nicht allein. Ich bin eher skeptisch, wenn mir jemand erzählt, es hätte bei Ihm auf Anhieb geklappt. Das widerspricht allen Erfahrungen meinerseits. Und bin was froh das ich ein erprobtes Modell habe, und geprüftes Material im Fundus ... und nicht bereit mich da nocheinmal auf Veränderungen einzulassen.

Aluminium und Zink, sowie deren Legierungen, sind sprunghaft und sind nicht Langzeitstabil. Manche neigen zu Kaltfluss, andere zu Kristallwachstum und Korrosion an den Korngrenzen.

Die Verquickung zwischen Temperaur und Luftdruck war zu erwarten ist aber doch so moderat geblieben, das eine Manipulation am Fahrgewicht schnell zur Verbesserung führen wird.

Nun bin ich mal gespannt, wie die Langzeit-Werte ausfallen. Hält sich die Uhr zuverlässig einen Monat im Tunnel von +-1Sekunde. Hast Du J.H. hölzerne Regulatoren in der Guildhall eingeholt.
Auch diese Uhren halten oft die Sekunde über 2 und mitunter auch über 3 Monate, aber eben nicht immer ....

Mehr ist von einem so simplen hölzernen Uhrwerk wohl auch nicht zu erwarten.

LG
Matthias

@Bierjunge und Matthias B. Ich habe eure Ausführungen fasziniert gelesen. Unglaublich, welche Fülle an - für mich völlig unbekanntem - Detailwissen ihr da vor uns ausbreitet. Besten Dank!

Hallo beamer,
wenn es doch nur so simpel wäre ... .
Trotzdem Dankeschön für deinen Beitrag ...

Nein es ist ausserordentlich schwierig, solch ein Kompensationspendel zu konstruieren.
Riefler baute diese Pendel, nicht etwa weil sie gut waren, sondern weil sie billig und einfach zu fertigen, leicht zu bewerben und mit großem Gewinn zu verkaufen waren.

Ein ganz großes Problem sind die Koaxial ineinander gesteckten Teile. Für die Kompensation ist es nicht allein wichtig das das Maß der Pendellänge konstant gehalten wird, sondern, sondern neben vielen anderen Einflüssen, das das auch bei allen Einzelteilen des Pendels gleichzeitig geschieht. Es ist also wichtig alle Teile in Volumen Oberfläche und Wärmekapazität und Leitgeschwindigkeit so zu bemessen, das sie auch gleichzeitig mit der Dehnung fertig sind. Packst Du die Hülse unter den Bob ist die Hälfte des Durchmessers dieses trägen massiven Teiles, Teil der Kompensation, also ist die Kompensation erst nach Stunden fertig, und dazwischen geht die Uhr falsch. Riefler senkte die Bohrung im Bob auf, damit die Hülse sich im Schwerpunkt des Bobs abstützen konnte. Problem gelöst? Nein nicht wirklich, die Wärme muss durch die Pendelstange kriechen um die Hülse von innen zu erwärmen, und durch den Bob um von aussen zu wirken. Also auch hier muss erst der Bob auf Temperatur sein eh die Hülse überhaupt mit der Regelage beginnen kann. Pleskot erkannte das genau und brach alle Kompensationsrohre mit Fenstern auf, und sorgte auch für ausreichend Abstand zwischen den koaxialen Teilen, so das sie sich unabhängiger voneinander erwärmen konnten. Er erkannte auch das die kurze Hülse, egal wo man sie anbringt, immer an der falschen Stelle liegt, den im Uhrenkasten baut sich immer eine Wärmeschichtung aus. Die Stange misst über die ganze Länge, die Hülse nur dort wo sie ist. Das dritte Problem ist das Du für die koaxiale Hülse eigentlich eine negative Wandstärke bräuchtest. Denn die Hülse wird wegen der von ihr abgeschirmten Stange, z.B. von außen gewärmt und von innen gekühlt, Also ist die Hülse immer wärmeträger und damit langsamer als die Stange. Darum sind diese Pendel prinzipiell immer unvollkommen, und zudem immer, je mehr Verstellmechanismen dazukommen auch immer klapperiger, sprich mechanisch unzuverlässiger. Darum erklärte er auch das die ganze Kompensation prinzipiell nicht ausreichend zu gewährleisten sei, und eine wirklich präzise Uhr, eingetankt, vakuumisiert, eingebunkert vollklimatisiert und durch ein Periskop abgelesen werden, also komplette der menschlichen Umgebung entzogen werden muss. Kein Einfluss heißt Keine Veränderung bedeutet keine Kompensation nötig .... .

Wenn Du die Hülse noch in eine weitere Hülse steckst, hast Du nachher noch ein Problem mehr, als zuvor ... .
Das ist immer so, baust Du irgendetwas zur Verbesserung dazu, wird es meist nicht wirklich besser, denn auch der Anbau bringt neue Probleme ... .
Ist wie bei Mickersoft ... wir haben die neuesten Patches ... die 3 alten langweiligen Fehler sind weg, dafür gibt es nun 5 Neue, interessante ... ;).

Die Invarstange war hier ein Notbehelf, weil wir nicht sehen konnten wo der Fehler wirklich herkommt. Und auch hier haben wir wieder mit den alten Fehlern weiterzukämpfen.
Die Stange dehnte sich mehr als erwartet, die Hülse weniger ... weil in der Tüte auch beim Dritten Anlauf, nicht das drinne war, was draufstand.

Es gibt keine Superkurve, keine Superformel, und auch kein Supermaterial ... egal was Weltanschauung, Theoretiker, und die Werbung der Industrie Dir verspricht.
Man muss den Finger auf alles und jedes legen, alles selber nachmessen ... und mit den selbst gewonnen Messdaten weiterarbeiten, egal was Dir irgend wer verspricht.
Die Empirie besiegt die Wissenschaft, und zwar IMMER, auch wenn ich dafür immer haue bekomme ....

Wenn Du Messing CuZn37 kaufst, musst Du auch überprüfen das es welches ist, in unserem Fall Ausdehnungskoeffizient und Wärmekapazität selber nachmessen.
Genauso ist es mit dem Eisen ... tust Du es nicht, fällst Du auf den A...llerwertesten . So wie es keine Wunderteile zum löcherzaubern gibt, auch wenn Dir das jede Baumarktwerbung verspricht, gibt es auch kein Wunder-Invar, das alle Kompensationsprobleme löst, weil INVAR auf der Tüte steht. Das ist bitter, aber leider wirklich so.

LG
Matthias

Hallo Matthias,
meine Überlegungen waren nur rein theoretischer Natur, da ich natürlich noch nie ein Kompensationspendel gebaut habe ;-)
Mit Deinen hochinteressanten Erklärungen zu Phänomenen, die in keinem mir bekannten Fachbuch stehen, habe ich heute einiges dazugelernt!
Vielen Dank dafür!

Gruß aus Belgien,
beamer

Zitat von Bierjunge im Beitrag #245

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... Daher abschließend ein Loblied auf die Zeitwaage: Ich verwende die großartige Zeitwaage von @Willy, die auf https://www.henschke-geraetebau.de/dr/Zeitwaage.html beschrieben und mittlerweile wohl auch erhältlich ist. ...

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Zitat von Matthias Bigalke im Beitrag #247

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So sind die meisten Dinge aus Messing nicht mehr einfaches CuZn37 sondern in Wirklichkeit sowas wie CuZn20Pb2Sn15FeMnSi, sagt Dir aber keiner ... .
Eines der Probleme ist bis zur Hälfe des Zink, kann ohne Deklarierung durch Zinn ersetzt werden. Weil ja Zink minderwertiger ist als Zinn. Blöd ist nur das Zinn einen deutlich geringeren Ausdehnungskoeffizienten hat.
So dass die diversen Sondermessinge statt 19.3 x 10^-6 nur etwas zwischen 16 und 17 x 10^-6 bringen. selbst beim Recycling unbemerkt mitgeschleppte Verunreinigungen von Selen,Tellur,Arsen usw. senken den Koeffizienten merklich.
Mit dem Invar sieht es nicht besser aus. Da wird beim Hersteller jede Charge anders, die am besten geroffenen Chargen kriegen die Massenabnehmer. der Rest wird getempert und Handverlesen.......

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Eine Bitte an @mikromeister und @Matthias Bigalke:
Euer Disput über Werkstoffreinheit ist zwar interessant, hat aber mit meinem Baubericht nicht mehr viel zu tun.
Bevor das hier eskaliert, würde ich Euch freundlich bitten, einen eigenen Thread dazu aufzumachen.

Danke! Moritz

Lieber Martin,

Zitat von Willy im Beitrag #251

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Ich bin mir nicht sicher, ob die "leichte Druckabhängigkeit" nicht ganz erheblich für die erforderliche heftige Temperaturüberkompensation verantwortlich ist. Du hattest mir ja vorab schon erste Ergebnisse gesendet und da sehe ich die Amplitudenabhängigkeit vom Druck nicht so richtig. Wie sieht das denn aktuell aus?

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• eine negative Abhängigkeit vom Druck in Höhe von -0,15 Winkelminuten pro hPa und
• eine positive Abhängigkeit von der Temperatur in Höhe von +0,5 Winkelminuten pro Kelvin.

• vorher quasi keine druckabhängige Gangänderung und eine negative Temperaturabhängigkeit,
• nun jedoch zwar keine temperaturabhängige Gangänderung, dafür aber eine negative Druckabhängigkeit sehe,

Könnte man die Temperaturabhänggkeit der Amplitude durch eine veränderliche Luftbremse am Pendel kompensieren?
Also z.B. ein Blech, das sich mit Bimetallantrieb mehr oder weniger quer stellt?