Vom Foliot zum Pendel
Wie verhindert eine mechanische Uhr, dass ihr Werk zu schnell läuft? Vom Foliot der frühen mittelalterlichen Uhren bis zum Kompensationspendel der astronomischen Uhr von Auguste Vérité suchten Uhrmacher über Jahrhunderte nach einer Antwort auf dieselbe Frage: Wie lässt sich die Zeit möglichst gleichmäßig schlagen?
Eine Uhr muss zunächst lernen, langsamer zu laufen
Bei einer mechanischen Uhr liefern Gewichte die Energie, die das Uhrwerk antreibt. Ohne Regulierung würden sich die Zahnräder viel zu schnell drehen.
Das Werk muss daher regelmäßig angehalten und anschließend Zahn für Zahn wieder freigegeben werden. Diese Aufgabe übernehmen Hemmung und Regulator.
Über mehrere Jahrhunderte hinweg war dieser Regulator das Foliot. Ab dem 17. Jahrhundert veränderte der Einsatz des Pendels die Genauigkeit der Uhren grundlegend.
Foliot und Pendel: Was ist der Unterschied?
Beide Systeme schwingen, beruhen jedoch auf unterschiedlichen mechanischen Prinzipien und erreichen nicht dieselbe Gleichmäßigkeit.
Das Foliot
Das Foliot besteht aus einer horizontalen Stange mit verstellbaren Gewichten. Es ist in der Regel mit einer senkrechten Achse, der Spindel, und einem Hemmungsrad verbunden.
Der Mechanismus bewegt die Spindel abwechselnd in die eine und in die andere Richtung. Dadurch führt das Foliot eine hin- und hergehende Drehbewegung aus.
Jede Schwingung ermöglicht dem Räderwerk der Uhr, sich um einen kleinen Schritt weiterzubewegen.
- horizontal schwingende Stange;
- verstellbare Gewichte;
- historisch mit der Spindelhemmung verbunden;
- vergleichsweise begrenzte Genauigkeit.
Das Pendel
Beim Pendel dreht sich der Regulator nicht mehr abwechselnd um eine senkrechte Achse. Stattdessen schwingt er um einen festen Aufhängepunkt.
Bei kleinen Schwingungen hängt die Dauer der Bewegung vor allem von der Länge des Pendels ab. Diese Eigenschaft schafft eine deutlich stabilere Zeitreferenz.
- Pendelbewegung;
- Schwingungsdauer hauptsächlich von der Länge abhängig;
- bessere Gangstabilität;
- deutlich höhere Genauigkeit als beim Foliot.
Die Uhr des Kanonikers Musique: vom Foliot zum Pendel
Die als Uhr des Kanonikers Étienne Musique bekannte Uhr gehört zu den ältesten erhaltenen Zeugnissen der Uhrmacherkunst in der Kathedrale Saint-Pierre von Beauvais.
Ein großer Teil ihres Mechanismus stammt aus dem 14. Jahrhundert. Die Archive des Domkapitels erwähnen bereits 1387 eine Reparatur der Uhr.
Ursprünglich wurde die Uhr durch ein Foliot reguliert, wie viele mechanische Uhren des späten Mittelalters.
Im Laufe ihrer Geschichte wurde dieses System durch ein Pendel ersetzt. Dadurch konnte eine wesentlich gleichmäßigere Gangart erreicht werden, ohne den gesamten historischen Mechanismus ersetzen zu müssen.
Auch die Anzeige der Zeit entwickelte sich weiter. Heute besitzt die Uhr ein Zifferblatt und zwei Zeiger, sodass Stunden und Minuten getrennt abgelesen werden können.
Das heute sichtbare Zifferblatt ist jünger als der mittelalterliche Mechanismus. Die Uhr ist daher ein bemerkenswertes Zeugnis mehrerer Jahrhunderte technischer Entwicklung der Uhrmacherkunst.
Vom mittelalterlichen Foliot zum Pendel
Das Foliot
Eine horizontale Stange schwingt um die Spindel. Durch die Position der Gewichte auf dieser Stange lässt sich das Verhalten des Regulators und damit die Ganggeschwindigkeit der Uhr beeinflussen.
Das Pendel
Das Pendel liefert eine wesentlich gleichmäßigere Zeitreferenz. Die Uhr kann daher einen großen Teil ihres alten Räderwerks behalten und gleichzeitig von einem leistungsfähigeren Regulator profitieren.
Ein Pendel, das Temperaturschwankungen ausgleicht
Als der Uhrmachermeister Auguste-Lucien Vérité im 19. Jahrhundert die große astronomische Uhr von Beauvais baute, hatte sich die Genauigkeit der Uhrwerke bereits erheblich verbessert.
Ein physikalisches Problem blieb jedoch bestehen: die Wärmeausdehnung der Metalle.
Wird eine Metallstange wärmer, dehnt sie sich leicht aus. Beim Abkühlen zieht sie sich wieder zusammen. Die Dauer einer Pendelschwingung hängt jedoch direkt von der wirksamen Länge des Pendels ab.
Wird das Pendel länger, schwingt es etwas langsamer. Wird es kürzer, schwingt es etwas schneller.
Das Pendel der astronomischen Uhr von Vérité verbindet daher Stahl und Messing. Diese beiden Metalle dehnen sich bei Temperaturänderungen unterschiedlich stark aus.
Durch eine gezielte Anordnung im Pendel nutzt der Uhrmacher diese unterschiedlichen Ausdehnungen so, dass sich ihre Auswirkungen möglichst gegenseitig ausgleichen.
Warum Stahl und Messing kombinieren?
Die Ausdehnung eines Metalls lässt sich nicht vollständig verhindern. Der uhrmacherische Kunstgriff besteht daher darin, Materialien mit unterschiedlichem Ausdehnungsverhalten so zu kombinieren, dass sich ihre Wirkungen gegenseitig ausgleichen.
Wenn die Temperatur steigt
Metalle dehnen sich aus. Ohne Kompensation würde das Pendel etwas länger werden und die Uhr geringfügig langsamer laufen.
Wenn die Temperatur sinkt
Metalle ziehen sich zusammen. Das Pendel würde dadurch etwas kürzer und die Uhr hätte die Tendenz, etwas vorzugehen.
Stahl + Messing
Da sich beide Metalle bei Temperaturänderungen unterschiedlich verhalten, können sie so kombiniert werden, dass entgegengesetzte Bewegungen entstehen und die Veränderung der wirksamen Pendellänge begrenzt wird.
Vom mittelalterlichen Foliot zum Kompensationspendel
| Merkmal | Foliot | Pendel |
|---|---|---|
| Bewegung | Wechselnde Drehbewegung um eine Achse | Schwingung um einen Aufhängepunkt |
| Einstellung | Position der Gewichte auf der Stange | Wirksame Länge des Pendels |
| Gleichmäßigkeit | Begrenzt | Deutlich höher |
| Historische Verwendung | Frühe mechanische Uhren | Ab dem 17. Jahrhundert weit verbreitet |
| In Beauvais | Ursprünglicher Regulator der Uhr des Kanonikers Musique | Später bei der Musique-Uhr sowie bei der Uhr von Vérité verwendet |
| Weiterentwicklung | — | Temperaturkompensation durch Stahl und Messing bei der Uhr von Vérité |
Quellen und weiterführende Informationen
Diese Seite ergänzt die Dokumentation zu den beiden in der Kathedrale Saint-Pierre von Beauvais erhaltenen Uhren und erklärt die Entwicklung der mechanischen Zeitregulierung.