Alles über edle Uhren
Die Entwicklung der mechanischen Uhr
Unter Räderuhren versteht man Zeitmesser, die neben einer Energiezufuhr zum Beispiel durch Gewichte oder einer Spannfeder ausschließlich ein Räderwerk zur Verarbeitung dieser Energiezufuhr in eine Zeitausgabe benötigen.
Sie sind also von natürlichen Gegebenheiten, wie z.B. dem Sonnenstand unabhängig. Dementsprechend funktionieren sie bei Tag und bei Nacht.
Es lässt sich nicht genau feststellen, wann und von wem die mechanische Uhr bzw die Räderuhr erfunden wurde. Es ist auch nicht sicher, ob die mechanische Uhr aus dem einfachen Horologium, das zu einer vorbestimmten Zeit ein Wecksignal ertönen ließ (also aus einer so genannten clock) entwickelt wurde oder ob sie vielleicht ein Abfallprodukt aus der Astronomie war. Denn bereits sehr früh schon gab es mechanische Werke, die den gang der Sterne nachbilden konnten.
Bereits Mitte des 13. Jahrhunderts wurde eine wenig bekannte Quecksilberuhr erdacht. Sie besaß bereits die wesentlichen Merkmale einer mechanischen Uhr. Sie wurde von Gewichten angetrieben. Dabei bewegte ein Seil eine Trommel, die Quecksilber enthielt. Bei Quecksilber handelt es sich um eine zähflüssigen Stoff, dessen träge Eigenschaft man sich als Hemmung zu Nutze machte. Die sich drehende Trommel war durch eingebaute Bleche in Sektoren geteilt. Diese Bleche waren durch Löcher perforiert. Bei der sich nun drehenden Trommel, floss das Quecksilber von einer Kammer durch die Löcher in die nächste Kammer. Aufgrund seiner Trägheit bremste es daher die Drehbewegung der Trommel ab.
Das grundlegende Problem einer Räderuhr besteht eigentlich in der Hemmung. Es ist nichts Besonderes, eine Kette oder eine Schnur, an der ein Gewicht hängt, auf einer Achse aufzudrehen. Lässt man das Gewicht los, so sinkt es, angetrieben durch die Schwerkraft, nach unten, und versetzt die Achse in Drehung. Diese Drehung kann man mittels Zahnrädern aufnehmen, und im Verhältnis 12 zu eins aufteilen. 12 Umdrehungen des Minutenzeigers führen zu einer Umdrehung des Stundenzeigers. Ohne eine entsprechende Hemmung der Bewegung, würde die Achse jedoch in eine so schnelle Rotation versetzt werden, dass diese „Uhr“ nur einige Momente lang laufen würde.
Das Wesentliche an der Erfindung der Räderuhr war also die Hemmung. Alle anderen Bestandteile waren seit langem bekannt. Bereits im alten China, gab es rund 2000 v. Chr. eine Maschine mit einem ausgeklügelten Räderwerk. Es handelte sich dabei um einen Himmelsrichtungsanzeiger. Dieser bestand in einem Wagen, auf dem eine Figur montiert war. Diese Figur wurde zu Beginn einer Reise in Richtung einer bekannten, bestimmten Himmelsrichtung justiert. Diese Himmelsrichtung behielt sie bei, egal in welche Richtung der Wagen bewegt wurde. Es handelte sich dabei um eine Art Differenzialgetriebe, welche die Figur mit der Wagenachse verband und sie immer zur selben Richtung hin ausrichtete. Dies war, so kann man sich leicht vorstellen, eine unschätzbare Hilfe bei Reisen über Land.
Dementsprechend waren die Bestandteile einer Räderuhr, Zahnräder und Achsen also nicht unbekannt. Einzig und allein die Erfindung der Hemmung machte es möglich, aus der Verbindung von Gewichten, Zahnrädern, Achsen und Wellen brauchbare Zeitmesser zu konstruieren. Die Erfindung der Hemmung muss im 13. Jahrhundert erfolgt sein.
Die älteste bekannte Räderuhr hatte eine so genannte Waagenhemmung. Hierbei wurde die Energie, welche die durch das Gewicht angetriebene Achse heranführte auf einen waagerecht gelagerten Balken gelenkt (daher auch der Ausdruck Waag) und dieser damit in Rotation versetzt. Diese Rotation wurde durch einen Mechanismus unterbrochen, wobei dem Balken dadurch die Energie erzogen wurde. Um diesen wieder in Bewegung zu versetzen, brauchte es erneut Energie. Hierdurch wurde die Achse immer wieder angehalten, um dann wieder Bewegung versetzt zu werden. Damit war die einzige Methode, die sich als machbar erwies, erfunden, das Gewicht im Herabsinken anzuhalten und es jeweils in kurzen Intervallen ein kurzes Stück weiter sinken zu lassen. Insgesamt wird damit die Drehbewegung der Achse deutlich verlangsamt. Mehr noch als das: neben der Verlangsamung tritt auch eine Unterteilung der Drehbewegung im regelmäßige Intervalle ein.
Eine Abhandlung über Grundzüge der Astronomie, rund 1271 geschrieben, gibt einen deutlichen Hinweis auf die Zeit, in der die mechanische Uhr erfunden worden sein muss: “…auch ist es keiner Uhr möglich, den Gesetzen der Astronomie mit vollkommener Genauigkeit zu folgen. Und doch versuchen die Uhrmacher, ein Rad anzufertigen, dessen volle Umdrehung sich mit der Umdrehung des Äquinoktialkreises deckt. Aber diese Arbeit will Ihnen nicht ganz gelingen. Wenn Sie ihnen gelänge, dann entstünde ein wirklich genaues Horlogium, dass zum Zeitmessen mehr wert wäre als ein Astrolabium oder ein anderes astronomisches Instrument. Die Methode, eine solche Uhr herzustellen, wäre die Folgende: Ein Mann müsste eine Scheibe machen, die soweit als möglich in jedem Teil vollkommen ausgewogen wäre. Dann müsste an der Achse dieses Rades ein Bleigewicht aufgehängt werden. Dieses Gewicht würde das Rad dazu bewegen, dass es von Sonnenaufgang zu Sonnenaufgang eine volle Umdrehung annähernd genau ausführen würde.”
Offensichtlich machte den Uhrenbauern von 1271 die Hemmung Schwierigkeiten. Mit dem „in jedem Teil vollkommen ausgewogener Rad“ kann nur ein Schwungrad gemeint sein, was aufgrund seiner Trägheit die Drehbewegung bremst.
Das Problem der Hemmung hatte ein chinesischer Mönch namens Su Sung bereits im Jahre 1088 gelöst. Jedoch wussten die europäischen Uhrmacher, oder die Wissenschaftler und Mönche, die sich mit der Zeitmessung befassten, nichts von den chinesischen Erfindungen. Erst von der Mitte des 12. Jahrhunderts an, wurden viele chinesische Ideen über Indien und die arabischen Länder nach ganz Europa exportiert.
Obwohl die Hemmung offensichtlich der wichtigste Teil einer mechanischen Uhr ausmacht, sei dieser Teil hier nicht zu sehr vertieft. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich sowohl die technische Entwicklung, als auch die Nachfrage parallel entwickelten. Diese gestiegene Nachfrage führte alsbald dazu, dass die Herstellung von Uhren, einen eigenen Berufsstand, den Uhrmachern, hervorbrachte. Das lag insbesondere daran, dass die Uhrwerke immer komplizierter aber auch kleiner wurden. Die ersten wuchtigen Uhrwerke, bestehend aus großen Zahnrädern, massiven Wellen und groben Lagern wurde noch von Schmieden angefertigt. Mit der Miniaturisierung der Werke, waren feinere und genauere Fertigungstechniken erforderlich, die nicht in den Berufsalltag eines Schmieds passten.
Hatte die ersten Uhren noch drehbare Zifferblätter, wurde diese sobald durch einen drehbaren Stundenzeiger ersetzt.
Als man die Zeitmessung mehr oder weniger genau im Griff hatte, erfolgte eine Perfektionierung in anderer Hinsicht: die Uhren wurden mit Figuren ausgestattet, welche Bewegungen vorführten, oder sogar mit ganzen Schauspielen. Da gab es Prozessionen, die zur vollen Stunde am Zifferblatt vorbeigezogen, Figuren, welche Musik machten (hierzu wurde der Mechanismus der Uhr mit Musikinstrumenten verbunden) und vieles andere mehr.
Insbesondere die Miniaturisierung war höchstes Streben der Uhrenbauer.