Florence (Technik)

Kugeluhr

Diese Uhr wurde gebaut, um das Beste vom Anachronismus zu übernehmen und zu verbessern, denn der Motor, der so gut funktionierte, musste optimiert werden. Nach monatelangen Versuchen mit einem Prototypen gelang es mir, ihn so zu vereinfachen, dass er aus einer fallenden Kugel so viel Energie gewann, dass das Pendel eine Stunde lang bewegt werden konnte. Das ist 3599 Mal besser als Anachronismus. Da dies möglich war, sollten wir beginnen..

Das Chassis musste unbedingt dreieckig sein, um eine Verdrehung durch das Pendel zu vermeiden. (Ein rechteckiger Rahmen weist 0,01 Millimeter Torsion pro Schwingung auf, was die gesamte Trägheit der Unruh schnell aufhebt). Die Größe wurde durch die Länge der Unruh bestimmt, und das Zifferblatt musste in eine Schüssel passen, um Salat zu mischen. Als Materialien wurden Edelstahl und ein wenig Messing gewählt, um das Auge zu wärmen. Die Stäbe der Unruh sind aus Invar. Eine Kugel wird folgendermaßen aufgezogen: Eine Stange drückt die Kugel vom Boden und zwingt sie durch fünf weitere, im Kreis angeordnete Kugeln. Dann schiebt er eine kleine Säule mit 7 Kugeln durch ein Glasrohr. Dabei schließen sich die 5 Murmeln hinter ihr und verhindern so, dass sie wieder nach unten rutscht. Die siebte Murmel (die oben in der Glasröhre) geht in ein Labyrinth aus 4 Gittern und 4 Nägeln. Dabei drückt sie jedes Mal die Unruh in die Richtung, in die sie schwingt, und geht zum Boden des Mechanismus, wo sie eine Stunde lang wartet. Der Befehl zum Aufziehen wird dann von einem optischen Sensor jedes Mal gegeben, wenn sich der Minutenzeiger in der Vertikalen befindet. Ein weiterer optischer Sensor zählt die Durchgänge der Unruh und sendet seine Impulse an den Sekundenzeiger.
Die Uhr wurde im Mai 1999 begonnen und lief nach sechsmonatiger Arbeit im November.
Die erreichte Genauigkeit liegt bei einer Abweichung von einer Sekunde pro Monat.

„Das ist natürlich mein Favorit, weil es das Beste aus dem Anachronismus übernimmt und ihn extrem vereinfacht. Dieses Motorsystem gibt mir eine unglaubliche Freiheit: Ich kann jetzt eine Uhr aus jedem beliebigen Material herstellen. Teile eines Hubschraubers, eines Motorrads, eines Druckers – alles ist möglich geworden. Diese Uhr ist also ein Schritt nach vorn und eröffnet viele neue Horizonte. Andererseits gibt es nur sehr wenige gebrauchte Teile. Zwei Salatteller aus Edelstahl, ein Mahagoni-Brett, sonst nichts. Alles andere wurde aus dem Vollen geschöpft. Warum sollte ich Schüsseln verwenden? Ganz einfach, weil mir die Werkzeuge fehlen und weil ich für die Rückseite des Zifferblatts mindestens zwei Tage gebraucht hätte, wenn ich sie aus einem Edelstahlblock hätte schneiden müssen.“

Einige Anmerkungen zur Genauigkeit

Diese Uhr war ursprünglich nicht auf Genauigkeit ausgelegt, sondern darauf, mit einem weltweit einzigartigen Motor betrieben werden zu können. Die erste Überraschung war, dass sie perfekt funktionierte, nachdem die Pegel eingestellt waren. Die zweite Überraschung, die sich nach eineinhalb Jahren des Testens einstellte, war, dass sie eine Abweichung von 4 Sekunden pro Monat oder weniger haben konnte. Ich könnte sie noch genauer machen, indem ich die Uhr verkleidete, aber die Ästhetik würde darunter leiden.

In der folgenden Grafik können wir alles sehen, was in 1,8 Stunden passiert, bei einer Messung alle zehn Sekunden.

Zu Beginn der Grafik ist die Unruh zu schnell: Sie schlägt mit 0,999900 Sekunden. Im Laufe von zehn Minuten beschleunigt sie sich immer mehr und erreicht 0,999827, bis die Stundenkugel fällt, was den ersten Peak erzeugt. Die Unruh verlangsamt sich abrupt um 300 Millionstel Sekunden und beginnt dann, sich zu beschleunigen, indem sie alle zwei Minuten eine Welle macht. Diese Wellen wellen sich eine ganze Stunde lang und werden allmählich schwächer, bis die Stundenkugel der nächsten Stunde eintrifft. Die einzige Zeit, in der die Unruh die exakte Sekunde schlägt, liegt also genau in der Mitte zwischen zwei vollen Stunden, nämlich zur halben Stunde. Was man in diesem Muster nicht sieht, sind die Störungen, die durch meine Bewegungen um die Uhr herum entstehen (ich war zu diesem Zeitpunkt nicht in der Werkstatt). Sie können Spitzen oder Täler von bis zu 15 Millionstel Sekunden erzeugen.

Unten sehen wir die gleiche Probe über 2,2 Tage verteilt, immer noch mit einer Messung alle zehn Sekunden.

Jede Zickzackspitze stellt eine fallende Stundenkugel dar. Die Unruh läuft also jede Stunde im Slalom um die Sekunde herum. All diese berechneten Spitzen ergeben eine Instabilität von 7 Sekunden pro Tag. Das wäre für eine normale Uhr untragbar, nicht aber für Florenz, die so konstruiert ist, dass sie das verarbeiten kann. Diese Stichprobe zeigt uns, dass der Zeitdurchschnitt streng genommen 1 Sekunde beträgt, und berechnet einen durchschnittlichen jährlichen Fehler von 0,0 Sekunden!!! Diese Stichprobe ist natürlich außergewöhnlich, da das bloße Herumlaufen um die Uhr die Messungen leicht verfälscht. Wenn man die Störungen mit einbezieht, kann die Genauigkeit bis zu vier Sekunden pro Monat betragen.

Phaeno Science Museum, Wolfsburg (Deutschland)
Ausstellung von Dezember 2017 bis Februar 2019