Shortt-Uhr

Die Besonderheit der Shortt-Uhren besteht darin, dass sie von atmosphärischen Störungen sowie Störungen durch Reibung weitgehend befreit sind. Das wird durch eine Trennung in Haupt- und Nebenuhr erreicht. In der Hauptuhr schwingt ein fast freies Pendel in einem evakuierten Gehäuse. Eine zweite auf die Hauptuhr synchronisierte Pendeluhr enthält alle anderen beweglichen Teile, deren mechanische und sonstige Störungen die Hauptuhr beeinträchtigen könnten. Der Gangfehler dieser fast reibungsfreien Konstruktion liegt bei einigen Millisekunden pro Tag, was erst von temperaturstabilisierten Quarzuhren übertroffen wurde.^[3]

Die Shortt-Uhr hat zwei Pendel mit einer Zwei-Sekunden-Periode. Das Hauptpendel schwingt in einem Behälter mit reduziertem Luftdruck weitgehend frei und bekommt alle 30 Sekunden einen mechanischen Impuls zur Aufrechterhaltung der Schwingung. Das Nebenpendel befindet sich in einer modifizierten Synchronome-Uhr. Wie bei allen Synchronome-Uhren bewegt das Pendel über eine Klinke ein 15-zähniges Zählrad um einen Zahn pro Schwingung des Pendels weiter. Bei einer vollständigen Umdrehung des Zählrads nach 30 Sekunden wird ein Schwerkrafthebel ausgelöst, welcher auf eine gekrümmte Ebene am Nebenpendel aufsetzt und beim Abrollen dem Nebenpendel wieder neue Bewegungsenergie für die folgenden 30 Sekunden erteilt. Anschließend wird ein am Schwerkrafthebel befindlicher elektrischer Kontakt betätigt. Der dadurch geschlossene Stromkreis magnetisiert einen Elektromagneten, der den Schwerkrafthebel wieder in seine Ausgangslage bringt und den elektrischen Kontakt öffnet. Über diesen Stromkreis werden außerdem die in Reihe liegenden Tochteruhren um eine halbe Minute weiter gestellt. Der Stromkreis gibt außerdem einen zweiten Schwerkrafthebel frei, der gegen eine am Hauptpendel angebrachte Rolle drückt und so dem Hauptpendel einen Impuls mitgibt, ohne dieses anzustoßen. Gleichzeitig löst der Schwerkrafthebel einen Kontakt aus, der einen zweiten Stromkreis schließt. Dieser lässt der Schwerkrafthebel des Hauptpendels wieder in seine Ausgangslage zurückkehren und aktiviert währenddessen in der modifizierten Synchronome-Uhr eine „Hit and miss synchronisator“ genannte Synchronisierungseinrichtung.

Der "Hit and miss synchronisator" besteht aus einer Blattfeder, welche am Nebenpendel angebracht ist, und einer Schaufel. Solange die Synchronisierungseinrichtung aktiv ist, schiebt sie der Blattfeder diese Schaufel in den Weg. Ist das Nebenpendel aus dem Takt ("Hit"), stößt es mit seiner Blattfeder gegen diese Schaufel und kehrt sofort um. Dabei verkürzt es seine nächste Periode und kommt wieder in den gleichen Takt wie das Hauptpendel. Ist das Nebenpendel dagegen bereits im gleichen Takt wie das Hauptpendel ("Miss"), verfehlt es mit seiner Blattfeder die (schon wieder zurückgezogene) Schaufel und schwingt ungestört weiter.

Da sich das Nebenpendel geringfügig langsamer bewegt als das Hauptpendel, kommt es immer weiter in Verzug, bis es von der Synchronsierungseinrichtung getroffen wird ("hit"), danach eilt es kurzzeitig dem Hauptpendel voraus. Über einen längeren Zeitraum gleichen sich die "Hit"- und "Miss"-Intervalle aus und somit bestimmt das Hauptpendel die Genauigkeit der Shortt-Uhr.^[4][5] Diese beträgt weniger als 0,01 s/Tag Abweichung, und war auch den um 1935 erfundenen Quarzuhren überlegen.

Schon im 18. Jahrhundert hatte sich das Sekundenpendel allgemein als Frequenznormal durchgesetzt, sobald man durch präzisere Mechanik der Uhrhemmung die Reibung verringern und die Amplitude konstant halten konnte. Auf Sternwarten wurden spezielle astronomische Pendeluhren (siehe Riefler-Pendel) eingesetzt, deren Sekundenzeiger mit der Welle des Hemmungsrades verbunden war und haarscharf mit dem Pendelschlag weitersprang. Die durch Shortt verfeinerte Zeitmessung erlaubte erstmals den Nachweis, dass die Erdrotation aufgrund der durch Sonne und Mond hervorgerufenen Nutation nicht völlig gleichmäßig ist.

• H.C. Freiesleben: Neuere Ergebnisse der Präzisionszeitmessung durch Shortt-Uhren. Naturwiss. Band 20, Berlin 1932
• Jerzy Rodkiewicz: Eine Abänderung in der Uhr von Shortt der Sternwarte in Poznan. Warszawa 1937
• Karl Ramsayer: Geodätische Astronomie. Handbuch der Vermessungskunde Band IIa, § 33 (Pendeluhren). J. B. Metzler, Stuttgart 1970

Commons: Shortt-Uhr – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Das freie Pendel von Shortt. Die Entwicklungsgeschichte der elektrischen Uhren, S. 10/13. Jeroen Bloemen, abgerufen am 6. Dezember 2013.
• The Riefler and Shortt Clocks. JägAir Institute of Time and Technology, abgerufen am 6. Dezember 2013 (englisch).