Diese Uhr ermöglichte elektrische Netzwerke

Am 23. Oktober 1916 revolutionierte ein Ingenieur namens Henry E. Warren still und leise die Energieübertragung, indem er eine elektrische Uhr im Kraftwerk L Street der Bostoner Edison Electric Illuminating Co. installierte. Diese Hauptbahnhofsuhr hielt eine ganz besondere Art von Zeit: Sie nutzte die Synchronzeit. Selbststartender Motor in Kombination mit einem Pendel, um den Wechselstrom der Station auf einer konstanten Frequenz von 60 Zyklen pro Sekunde zu halten.

Da immer mehr Kraftwerke Uhren einführten, ermöglichte ihnen die Frequenzregulierung, Strom zu teilen und ein vernetztes Stromnetz zu schaffen. Bis in die späten 1940er Jahre regulierten Bahnhofsuhren der Warren Telechron Co. mehr als 95 Prozent aller Stromleitungen in den Vereinigten Staaten. Die oben abgebildete Hauptstationsuhr Telechron Modell Typ E wurde ab den 1930er Jahren von der Tennessee Valley Authority verwendet.

Der Standard von 60 Hertz (oder 50 Hertz in den meisten anderen Teilen der Welt) gilt heute als selbstverständlich, doch in den Anfängen der Elektrifizierung – vor der Erfindung der Hauptbahnhofsuhr – war die Norm selten die Norm. Und Warren, der letztendlich das Netzfrequenzproblem löste, arbeitete tatsächlich an einem anderen Rätsel, als er die Antwort fand.

Wie Warrens Uhren die Netzfrequenz regulierten

Henry E. Warren posiert mit einer seiner Meisteruhren. Bis in die späten 1940er Jahre regulierten die Uhren seines Unternehmens mehr als 95 Prozent der amerikanischen Stromleitungen.Electric Time Company.

Henry Ellis Warren wurde am 21. Mai 1872 in Boston geboren, ein Jahrzehnt bevor Edisons Pearl Street Station in New York ans Netz ging und damit den Beginn des elektrischen Zeitalters markierte. Er schloss 1894 das MIT mit einem Abschluss in Elektrotechnik ab und reichte noch im selben Jahr (zusammen mit seinem Freund George C. Whipple, der Experte für Wasserhygiene und Mitbegründer der Harvard School of Public Health wurde) einen Antrag ein. für ihr erstes Patent: ein elektrisches Thermometer zur Temperaturmessung aus der Ferne oder an unzugänglichen Orten.

Anschließend arbeitete Warren in Michigan als Ingenieur für die Saginaw Valley Traction Co. und kehrte dann 1902 als Superintendent der Lombard Governor Co. nach Boston zurück. Er stieg in das Immobiliengeschäft ein, gründete eine Maschinenwerkstatt, ließ weiterhin Erfindungen patentieren und organisierte die Warren Gear Works, um seine Geräte herzustellen und zu verkaufen.

Im Jahr 1912 gründete Warren die Warren Clock Co., die batteriebetriebene Uhren herstellte. Seine ersten Entwürfe, die in einer Reihe von Patenten beschrieben werden, betrafen eine Pendeluhr mit einem Permanentmagneten als Spule (das ist das Gewicht auf der Unterseite des Pendels). Die Batterie würde einen elektrischen Impuls liefern, um das Pendel weiter schwingen zu lassen und je nach Größe des Pendelschwungs einen Stromkreis zu öffnen und zu schließen. Leider waren diese frühen Uhren schlechte Zeitmesser, da ihre Fähigkeit, die Zeit anzuzeigen, mit der Batterieleistung nachließ. Warren suchte nach einem besseren Ansatz und vermutete, dass Elektromotoren die Antwort sein könnten.

Warrens eigener Aussage zufolge war sein erster Versuch einer elektrischen Stoppuhr ein rudimentärer Motor, der die Zahnräder einer Uhr mit dem elektrischen System von Boston Edison verband. Als er bemerkte, dass die Uhr immer noch 10 bis 15 Minuten pro Tag verlor, rief er – wie es 1915 der Fall gewesen wäre – das Kraftwerk Edison an und teilte ihnen höflich mit, dass ihre Frequenz um etwa eine halbe Periode abweiche. Sie konterten, dass ihre Instrumente korrekt seien, und Warren vermutete, dass die Laborstandards, die sie zur Überprüfung ihrer Messgeräte verwendeten, falsch sein müssten.

Das Gespräch hätte dort enden können, aber Robert Hale, ein Forschungsingenieur, nahm die Bedenken ernst und half Warren bei der Organisation einer experimentellen Demonstration an der L Street Station. Dort entwarf, baute und installierte Warren das Instrument, das er Warren Master Station Clock nannte. Seine Inbetriebnahme am 23. Oktober 1916 ermöglichte die Revolution in der Kraftübertragung.

Diese Commonwealth-Edison-Frequenzmessungen wurden zuvor durchgeführt [top] und danach [bottom] die Installation einer Telechron-Hauptstationsuhr.Electric Time Company.

Diese komprimierte Version der Ereignisse täuscht über die Tatsache hinweg, dass Warren bereits seit über einem Jahrzehnt an Möglichkeiten arbeitete, Uhren zu regulieren und einen zuverlässigen, selbststartenden Synchronmotor zu bauen. Uhren und Synchronmotoren gehen Hand in Hand. Bei einem Synchronmotor dreht sich die Welle mit der gleichen Wechselstromfrequenz wie der elektrische Strom; Unter der Annahme, dass der Strom konstant ist, wäre dies ideal für eine Uhr. Aber damit seine elektrische Uhr genau ging, benötigte Warren einen präzisen, konstanten Strom, daher die Hauptuhr der Station.

Im Jahr 1916 begann die Warren Clock Co. mit der Produktion der Master Station Clock vom Typ A, bei der es sich eigentlich um zwei auf einem Zifferblatt gestapelte Uhren handelt. Das Zifferblatt ist in fünf Ein-Minuten-Sektoren unterteilt und verfügt über zwei Zeiger, einen schwarzen und einen goldenen. Der schwarze Zeiger ist mit einer herkömmlichen mechanischen Pendeluhr verbunden; Die Goldnadel wird von einem Synchronmotor angetrieben. Die beiden Zeiger umkreisen das Zifferblatt mit 60 Sekunden pro Minute. Um die Uhr abzulesen, musste der Bediener lediglich überprüfen, ob die beiden Zeiger synchronisiert waren; das würde bedeuten, dass die Generatoren mit genau 60 Hertz arbeiteten.

Die Blütezeit von Warrens elektrischen Uhren

Die Master Station Clock löste Warrens Problem, zuverlässige elektrische Uhren für den Einsatz in Haushalten und Geräten zu entwickeln. Aber die Netzbetreiber hätten es nicht übernommen, wenn sie nicht den gemeinsamen Wunsch geäußert hätten, ein vernetztes Stromnetz zu schaffen.

Dieser Wunsch wurde 1918 vom Elektroingenieur Benjamin Lamme in einer Präsentation vor der Ortsgruppe des American Institute of Electrical Engineers (einer der Gründungsorganisationen des IEEE) in Washington, DC, sehr schön zum Ausdruck gebracht. In seinem Vortrag „Die technische Geschichte der Frequenzen“ zeichnete er die Geschichte der vergangenen Jahrzehnte nach, als Hersteller und Energieversorgungsunternehmen über unterschiedliche Frequenzstandards debattierten und sich an diese anpassten.

In den Anfängen, als die aufstrebende Energiebranche nur eine kleine Anzahl von Kunden bediente, bestand kaum Bedarf für einen nationalen Standard. Doch als der Strombedarf sowohl in der Industrie als auch in Privathaushalten zunahm, wurde der Bedarf kritisch. Die Hauptuhr der Warren Station kam genau zum richtigen Zeitpunkt. (Warren erhielt später die AIEE-Lamme-Medaille für seine „herausragenden Beiträge zur Entwicklung elektrischer Uhren und Mittel zur Steuerung der Frequenzen zentraler Stationen“.)

Im Jahr 1935, Henry Warren [right] erhielt eine Medaille vom Franklin Institute, Philadelphia, für seine Erfindung des Telechron-Synchronmotors. Auch Albert Einstein wurde geehrt [middle]für seine Beiträge zur theoretischen Physik. Bettmann/Getty Images

Ein zweiter Grund, warum Kraftwerke die Hauptstationsuhr einführten, war der Gewinn. Erinnern Sie sich daran, dass Warren ursprünglich an einer elektrischen Uhr für zu Hause arbeitete und die große Vision hatte, dass irgendwann jedes Haus eine solche besitzen würde. Mehr elektrische Uhren bedeuteten einen höheren Stromverbrauch und damit höhere Einnahmen für die Energieversorger. In einem Artikel aus dem Jahr 1937, den Warren vor dem Clock Club of Boston las, schätzte er, dass ein Energieversorger 75.000 US-Dollar (heute etwa 1,6 Millionen US-Dollar) verdienen könnte, wenn 100.000 Kunden jeweils 24 Stunden am Tag eine elektrische Uhr nutzen würden. Warren hatte große Träume für sein eigenes Unternehmen und wollte die öffentlichen Dienste mit ins Boot holen.

Es gab mehrere Versionen der Bahnhofsuhr. Im Jahr 1920 wurde die günstigere (und weniger genaue) Hauptstationsuhr Modell B für Einzelanlagen eingeführt, die nicht an ein größeres Stromnetz angeschlossen sind. Im folgenden Jahr stellte das Unternehmen die Typ-C-Uhr für den Einsatz in den wenigen verbliebenen Gleichstromkraftwerken vor. Laut der unglaublich informativen Website des Uhrenliebhabers Mark Frank existierte die Type D als hauseigenes Testgerät und schaffte es nie in Produktion. Das letzte Modell, der Typ E, kam 1929 auf den Markt. Er diente als Referenzmonitor für mehrere miteinander verbundene Netzwerke.

In einer Werbung für die elektrischen Uhren von Telechron aus dem Jahr 1929 wurde die Verwendung „präzise getimter Impulse aus dem Kraftwerk“ angepriesen. Telechron/Telechron.net

Ab den 1950er Jahren ersetzte eine verbesserte Elektronik die elektromechanischen Uhren der Hauptbahnhöfe. Heutzutage nutzen Kraftwerke Atomuhren zur Regulierung der Netzfrequenz.

Bis 1917 hatte General Electric einen Anteil von 49 Prozent an der Warren Clock Co. erworben. Warren fungierte weiterhin als Präsident bis zu seiner Pensionierung im Jahr 1943. GE baute Warrens selbststartende Synchronmotoren in seine eigenen Uhren und andere Instrumente ein und lizenzierte die Motoren an andere Firmen. 1926 wurde das Unternehmen in Warren Telechron Co. umbenannt. Nach Warrens Pensionierung übernahm GE Telechron vollständig in seine Geschäftstätigkeit und gründete schließlich die Uhren- und Timer-Abteilung.

Auf seinem Höhepunkt hatte Telechron einen großen Anteil am inländischen Markt für elektrische Uhren: Bis 1926 hatte das Unternehmen 20 Millionen Uhren verkauft. Doch in den 1950er Jahren begannen Uhren mit verbesserten Batterien und oszillierenden Quarzkristallresonatoren die mit dem Stromnetz synchronisierten Verbraucheruhren zu ersetzen. Das Aufkommen digitaler Uhren besiegelte den Deal. GE verkaufte 1979 sein letztes Telechron-Werk.

Heute lebt das Erbe von Telechron bei Electric Time Co. in Medfield, Massachusetts, weiter, das 1928 aus den Forschungslabors von Telechron hervorgegangen ist. Heute fertigt Electric Time Turmuhren, Straßenuhren und Gebäudeuhren nach Maß. Es beherbergt auch das Electric Clock Museum, in dem Sie einen Termin zur Besichtigung der Hauptuhr der Station Telechron Typ E vereinbaren können.

Teil eines fortlaufende SerieBlick auf historische Artefakte, die das grenzenlose Potenzial der Technologie ausschöpfen.

Eine gekürzte Fassung dieses Artikels erscheint in der Printausgabe vom März 2024 unter dem Titel „The Clock and the Grid“.