DIE MACHT DER GENAUEN UHREN - Uhrsachen

ZEIT UND NAUTIK – TEIL I
DIE MACHT DER
GENAUEN UHREN
Bei der Entwicklung der präzisen Uhr spielte die
Seefahrt eine grosse Rolle – und umgekehrt.
Die genaue Zeit war unerlässlich für die exakte
Bestimmung der geographischen Position auf
den Weltmeeren – und damit auch ein ganz
wichtiger Machtfaktor.
Auch wenn es natürlich der Segelnation
Schweiz gut anstehen würde
– die wichtigsten Impulse für die
Entwicklung von präzisen Uhren
kamen aus Frankreich und England.
Die Schweizer Uhrenindustrie kam
erst später zum Zug, als es um die
Serienproduktion von Zeitmessern
ging.
Die Geschichte der Zeitmessung ist
alt – schon vor rund 5000 Jahren
benutzten die Sumerer die Fliessdauer
des Wassers als Masseinheit
für die Zeit. Sonnenuhren waren
dann für Jahrtausende «das höchste
der Gefühle». Ende des 13. Jahrhunderts
wurden in England die
ersten mechanischen Turmuhren in
Betrieb genommen – gigantische
Räderkonstruktionen mit äusserst
bescheidener Präzision. Im 16. Jahrhundert
folgten erste Taschenuhren.
Der
Holländer
Christian Huygens
schaffte 1673 mit der
Konstruktion einer Pendeluhr
mit Stunden-, Minuten- und Sekundenanzeige
den eigentlichen Durchbruch.
Bis zur Serienproduktion von
hoch präzisen, tragbaren Chronometern,
die eine exakte Navigation
auf Schiffen ermöglichten, war es
aber noch ein weiter Weg.
DIE BEDÜRFNISSE
DER EROBERER
Häufig waren in der Geschichte
Macht- und Eroberungshunger die
Hauptantriebsfeder für technische
Entwicklungen. Die Flotten der
Seefahrernationen England, Frankreich
und Spanien erlitten oft hohe
Verluste, weil sie in grosser Zahl
Schiffe wegen ungenauer Navigation
verloren. Der Schlüssel zu
mehr Sicherheit und somit auch zu
mehr Erfolg war, das Problem der
genauen Standortbestimmung zu
lösen. Und dieses Ziel würde nur
mit Hilfe von präzisen Uhren zu
erreichen sein.
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Globus im National Maritime Museum in London.
Bernard Stamm mit einem Sextant – spasseshalber!
Wieso aber ist die genaue Zeit so
wichtig für die exakte Positionsbestimmung?
Um auf dem Meer zu
wissen, wo man sich befindet, muss
man die geographische Länge und
Breite bestimmen können – und
natürlich über möglichst gute
Seekarten verfügen.
Die geographische Breite
lässt sich mit der Beobachtung
der Gestirne und einiger
Rechnerei relativ einfach
herausfinden. Schon die pazifischen
Inselvölker in Polynesien
und Mikronesien wussten um
die Zusammenhänge und
Regeln der Stellungen von
Planeten und Fixsternen. Sie
unternahmen auf dieser Wissensbasis
für die damalige
Zeit unglaubliche Reisen. Die
Breitenbestimmung wurde
laufend verbessert und hatte
im 17. Jahrhundert bereits
eine erstaunliche Präzision
erreicht.
Unlösbar war aber für lange
Zeit das möglichst exakte
Bestimmen des Längengrads.
Schon Anfangs des 16. Jahrhunderts
existierten Methoden, die auf
Beobachtungen der Monddistanz
basierten; genau genommen auf der
Stellung des Mondes zu bestimmten
Planeten. Das System wurde
Foto: DPPI/Laurent Cadoret
15°
1h
0°
In einer Stunde legt die Sonne
am Äquator 15 Grad oder rund
900 Seemeilen zurück.
zwar laufend verbessert, erwies sich
in der Praxis aber letztlich als
untauglich. Vor allem scheiterte die
Methode an der Ungenauigkeit der
verschiedenen dafür benötigten
Messungen. Die Einsicht folgte
bald: Letztlich würde der Längengrad
nur mit Hilfe der genauen Zeitmessung
präzise bestimmt werden
können.
Die Grundlage dazu (siehe Grafik):
Die Sonne wandert scheinbar in 24
Stunden von Osten nach Westen
einmal um die Erde – beschreibt
also einen Kreis von 360 Grad. In
einer Stunde sind das folglich 15
Grad (oder rund 900 Seemeilen).
Heruntergerechnet auf eine Sekunde
ergibt das am Äquator einen Weg
von rund 464 Metern.
Wenn man also die Referenzzeit
seines Heimathafens auf dem Schiff
wüsste, könnte man aufgrund der
Zeitdifferenz zwischen dem Ausgangsort
und dem genauen Zeitpunkt,
an dem die Sonne am nun
aktuellen Standort im Zenit steht,
die geographische Länge errechnen.
Wenn unser Schiff zum Beispiel
drei Stunden später unter der Mittagssonne
steht als unser Ausgangshafen,
bedeutet dies, dass wir 3 mal
15 Grad zurückgelegt haben. Der
Rest ist nur noch Kartenleserei und
Rechnerei. Unter anderem gilt es
noch, die Phänomene der Zeitgleichung
und der magnetischen
Abweichung einzubeziehen. Diese
sind aber Gesetzesmässigkeiten
unterworfen, die sich leicht in
Tabellen fassen oder, im Fall der
Abweichung, sogar auf Karten einzeichnen
lassen.
Die erwähnten 464 Meter Differenz
pro Sekunde zeigen eindrücklich,
wie wichtig die absolut präzise Zeit
ist. Mit einer Abweichung von einer
Minute gibt das beispielsweise
schon eine Differenz von gut 15 Seemeilen.
Noch nicht berücksichtigt
ist zudem der Messfehler. Auf
einem schwankenden Schiff mit
dem Sextanten den Winkel absolut
genau zu bestimmen macht auch
einem gestandenen Navigator
Mühe…
Wie entscheidend solche Differenzen
sind, dürfte jedem Seefahrer,
der schon einmal um Untiefen und
Riffe herumnavigiert ist, klar sein.
Tausende von Entdeckerschiffen
gingen unter, weil die Position
falsch oder ungenau bestimmt
wurde. Häufig musste dabei die
ganze Mannschaft ihr Leben lassen
und oftmals gingen auch wertvolle
Schiffsladungen verloren.
DIE BRITEN ALS
SCHRITTMACHER
Den Briten mit ihrem gigantischen
Reich, das sich bis nach Amerika,
Afrika und Indien ausdehnte, war
die schnelle Lösung des Längengradproblems
extrem wichtig. So
wichtig, dass sie 1714 das legendäre
«Board of Longitude» einberiefen,
eine Kommission, welcher unter
anderen der berühmte Isaac Newton
angehörte. Es wurde ein Preis von
20’000 Pfund ausgesetzt (für die
damalige Zeit eine geradezu phänomenale
Summe!), für ein Gerät, das
eine Längenbestimmung mit einer
Abweichung von weniger als 30
Bogenminuten (also 2 Minuten
Zeit) ermöglicht; und dies natürlich
unter den harten klimatischen und
physikalischen Bedingungen, denen
ein solches Instrument auf einem
Schiff ausgesetzt ist. Der entsprechende
Test hatte auf einer Seereise
von Grossbritannien in die «West
Indies», also in die Karibik, zu
erfolgen.
Hier trat John Harrison auf den
Plan. Der gelernte Schreiner und
uhrmacherische Autodidakt tüftelte
den ersten eigentlichen Seechronometer
aus. Sein Ansatz war es, das
von Huygens erfundene Schwingsystem
so zu modifizieren, dass es
sowohl gegen allfällige Temperaturänderungen
unempfindlich war, als
auch die steten Bewegungen der
Schiffe ausgleichen konnte.
H1 hiess das Monstrum, das er
zwischen 1730 und 1735 erschuf,
72 Pfund schwer und 90 Zentimeter
hoch. Es war erstaunlich präzise,
aber wegen seiner Dimensionen
und seiner umständlichen Technik
nicht wirklich praxistauglich. Harrison
gab nicht auf und konstruierte
in der Folge drei weitere Schiffsuhren,
H2 bis H4 genannt. Der Bau
der H2 und der H3 nahm mehr als
20 Jahre in Anspruch – und Harrison
musste 1759 erkennen, dass er mit
der Grundkonstruktion zwar ganz
passable Ergebnisse erzielte, für
eine praxistaugliche Uhr technisch
aber auf dem Holzweg war.
Erst die H4, eine verhältnismässig
kleine Uhr mit einem Durchmesser
von nur 13,2 Zentimetern, sollte
den Durchbruch bringen. Der Zeitmesser
mit dem Aussehen einer
grossen Taschenuhr startete 1761
auf der «Deptford» zur Prüfungsreise
nach Jamaika, in Begleitung
von Harrisons Sohn William. Nach
61 Tagen ergab sich eine Differenz
von lediglich 5,1 Sekunden – ein
fabelhafter Wert, der heute noch
jeder mechanischen Uhr sehr gut
anstehen würde. Obwohl sich der
Chronometer auch auf der zweiten
Reise bestens bewährte und die vom
«Board» gestellten Anforderungen
1675 wurde
das Royal
Greenwich
Observatory
gegründet,
1884 wurde
dieser
Standort als
Nullmeridian
des internationalen
Koordinatensystems
bestimmt.
©National Maritime Museum, London
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DER AUTOR
Hans Erb, 43, ehemaliger
Journalist und langjähriger
Hochseesegler. Heute ist
er Inhaber von Uhrsachen,
einem «Delikatessengeschäft
für Uhren» in der
Berner Altstadt. Neben
mehreren renommierten
Marken der Haute Horlogerie hat Uhrsachen verschiedene
nautische und andere Uhrenspezialitäten für Sammler
im Angebot, darunter antike Marine Chronometer wie
den Hamilton Model 22 (Bild).
Übrigens: Bei der ersten Atlantiküberquerung 1990 von
Hans Erb war GPS ein Fremdwort und der Längengrad
wurde noch mit Hilfe des Sextanten bestimmt…
Uhrsachen, 3011 Bern
Tel: 031 318 01 18, www.uhrsachen.ch
Die H4, eine etwas überdimensionierte Taschenuhr,
aber technisch ein eigentliches Wunderwerk.
Der Engländer John Harrison (rechts) arbeitete
insgesamt über 30 Jahre an der Entwicklung eines
hochseetauglichen, genauen Zeitmessers!
Dieser Artikel bildet den Auftakt einer kleinen Serie über
Zeit und Nautik. Es folgen:
• Die Geschichte der Wasserdichtigkeit von Uhren
• Kuriositäten der nautischen Zeitmessung
• Ulysse Nardin: Uhrmacher der Meere und der Sterne
Lesetipp:
Dava Sobel: Längengrad (Die wahre Geschichte eines
einsamen Genies, welches das grösste wissenschafltiche
Problem seiner Zeit löste.) ISBN 3-8270-0364-4
© National Maritime Museum, London
Die H1 von John Harrison lief zwar erstaunlich präzise,
war aber in der Praxis nicht wirklich brauchbar.
sogar übertraf, wurde behauptet,
dass die Ergebnisse reiner Zufall
seien. Auch eine nächste Reise mit
ähnlichen Messwerten wurde nicht
anerkannt, und mit fadenscheinigen
Argumenten wurde gefordert, dass
die Uhr von Harrisons Mitarbeiter
Larcum Kendall nochmals nachgebaut
werden müsse.
1770 erhielt Harrison wenigstens
die Hälfte der ursprünglichen Preissumme.
Erst mit dem Nachfolger,
dem Chronometer H5, der von
König Georg III in dessen Privat-
Observatorium gründlich geprüft
wurde, erhielt er 1773 – im Alter
von 80 Jahren – noch weitere 8750
Pfund. Harrison sollte sich daran
nicht mehr lange erfreuen können
– 1776 starb der geniale Tüftler.
Die Originale seiner Chronometer
wurden übrigens nach dem 1. Weltkrieg
in pitoyablem Zustand gefunden
und während vielen Jahren
von Rupert T. Gould vollkommen
restauriert und wieder gangbar
gemacht. Sie sind heute im sehenswerten
British Maritime Museum in
Greenwich zu bestaunen.
DAS PROBLEM NUR
IM PRINZIP GELÖST
Das Längengrad-Problem als solches
war also gelöst – nicht aber die Herstellung
von vernünftig tragbaren
Uhren in grösseren Stückzahlen.
Angespornt durch Harrisons Resultate
und Konstruktionen widmeten
sich mehrere Uhrmacher dem Bau
von Schiffschronometern. Technische
Durchbrüche waren dabei die
so genannte freie Ankerhemmung
von Thomas Mudge, die Zylinderhemmung
von John Arnold sowie
die erste Seeuhr mit Chronometerhemmung
des Franzosen Pierre le
Roy. Der Brite Thomas Earnshaw
schaffte es, eine Sperrklinkenhemmung
zu konstruieren, die durch
ihre relative Einfachheit eine kommerzielle
Produktion ermöglichen
sollte. Die Uhr war in einem robusten,
stabilen Kasten aus Mahagoni
gut geschützt. Das Uhrwerk wurde
in einem Messinggehäuse untergebracht
und kardanisch aufgehängt
– die Grundlage für die meisten
späteren Schiffschronometer. Viele
verschiedene Kleinfirmen in England
und Frankreich bauten in der
Folge Marine Chronometer in
Handarbeit.
AUSGERECHNET IM
BINNENLAND SCHWEIZ...
Szenenwechsel: gerade 23 Jahre alt
war der Uhrmacher Ulysse Nardin,
als er sich 1846 im hoch gelegenen
neuenburgischen Le Locle sein
eigenes Uhrenatelier einrichtete, in
dem er zusammen mit seinem
Vater komplizierte Taschenuhren zu
fertigen begann, die bald einmal
auch nach Übersee exportiert wurden.
Die Firma wuchs und schuf
sich rasch hohes Renommée. Mit
seinem Sohn Paul-David widmete
sich Ulysse Nardin auch der Entwicklung
von Marine Chronometern
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OMEGA war
und ist eine
der führenden
Uhrenmarken,
welche sich
auf Schweizer
Präzision
spezialisierte.
– und übergab 1876 das erste
Exemplar dem Observatorium in
Neuenburg zur Prüfung.
In akribisch genau festgelegten,
strengen Testreihen wurden die
Chronometer auf ihre Gangwerte
untersucht – bei verschiedensten
Temperaturen zwischen 12 und
36 Grad. Es zeigte sich, dass aus
dem Hause Nardin die präzisesten
Instrumente kamen – im Laufe der
Firmengeschichte sollte Ulysse
Nardin über 4300 Preise einheimsen,
dazu 18 Goldmedaillen an
Weltausstellungen und internationalen
Messen.
Die Firma Ulysse Nardin prosperierte
und stattete während Jahrzehnten
alle Werften und Flotten
mit Rang und Namen mit ihren
Marine Chronometern und Decksuhren
aus. Bis in die 70er Jahre des
vergangenen Jahrhunderts wurden
in Le Locle Marine Chronometer
produziert, insgesamt mehr als
10’000 Exemplare.
Wer Erfolg hat, wird
meistens auch
kopiert. Auf der Basis
der Konstruktionsprinzipien
von Ulysse
Nardin wurden in
den USA, in
Deutschland und in
Russland Uhren
für die zivilen und
militärischen Flotten
gebaut – präzise
DER MARINE CHRONOMETER
Um eine Uhr als Marine Chronometer bezeichnen
zu dürfen, sind präzise Bestimmungen einzuhalten.
• Bestehen einer Genauigkeitsprüfung in einem
Observatorium nach festgelegten Rahmenbedingungen.
• Der Sekundenzeiger muss hörbar die ganze
oder die halbe Sekunde schlagen. Dies, damit
man gleichzeitig mitzählen und eine Messung
durchführen kann, ohne auf den Marine Chronometer
zu blicken.
• Die Gangreserve – also die Zeit vom Aufziehen
bis zum Stillstand – muss 48 Stunden plus
einige Stunden Reserve betragen. In der Regel
liegt sie bei 54 Stunden.
• Der Chronometer muss so konstruiert sein,
dass jegliches unbeabsichtiges Verstellen verhindert
wird.
zwar, aber selten mit den selben
Gangwerten wie die Originale.
DAS ENDE EINER ÄRA
Eine erste Konkurrenz für die
mechanischen Schiffsuhren waren
Zeitsignale, die ab Anfang des
20. Jahrhunderts ausgestrahlt
wurden. Das
Problem lag allerdings
noch in der
Zuverlässigkeit
der Empfangsgeräte
– die
Schiffschronometer
waren also
immer noch unverzichtbar.
Der Anfang vom
Untergang der mechanischen
Marine
Chronometer begann
mit der Entwicklung
der Quarzuhren. 1970
stellte zum Beispiel Omega an
der Basler Uhrenmesse einen Prototypen
des ab 1974 in Serie hergestellten
Modells Megaquartz 2400
vor (siehe Bild). Dieser Marine
Chronometer fürs Handgelenk gilt
übrigens bis heute als eine der
genauesten Uhren – 10 mal genauer
als eine normale Quarzuhr – und ist
unter Sammlern sehr gesucht.
Quarzuhren wurden in die kardanisch
aufgehängten klassischen
Gehäuse eingebaut oder in
schmucken Holzkistchen aufbewahrt.
Das Quarzwerk war im
Gegensatz zur mechanischen Uhr
Fotos: zvg/OMEGA
nicht anfällig für Temperatur- und
Lageveränderungen – die genau
festgelegten Schwingungen des
Quarzes ersetzen Spirale und Hemmung
als Taktgeber.
Das definitive Aus für die Marine
Chronometer kam aber mit der
Satellitennavigation. Gleichzeitig
– aber das ist eine ganz andere
Geschichte – war das der Untergang
von Sextanten und auch anderen
nautischen Messinstrumenten.
1978 wurde der erste GPS-Satellit
in den Orbit geschossen, 1993 waren
schon 24 Satelliten verfügbar.
Für die professionelle Seefahrt
waren Satellitennavigationsgeräte
rasch eine unumgängliche Anschaffung.
Im Bereich der Vergnügungsschifffahrt
sollte die Verbreitung
noch ein wenig auf sich warten lassen
– nicht zuletzt wegen der
anfänglich sehr hohen Anschaffungskosten
der Geräte. Wer erinnert
sich nicht an die ersten fix
installierten «Navstar»-Geräte –
sündhaft teuer, alle paar Stunden
ein «Fix» und nicht eben speziell
zuverlässig. Heute ist dies fast nicht
mehr vorstellbar – präzise GPS-
Empfänger sind schon für wenige
hundert Franken erhältlich.
Gut erhaltene Marine Chronometer
sind dagegen zu gesuchten Sammlerstücken
geworden. Wegen ihrer
Geschichte und ihres dekorativen
Charakters sind sie für ein nautisch
inspiriertes Zuhause – ob an Land
oder auf See – ein echtes «Must».
Hans Erb, Uhrsachen AG
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