Mechaniek & Materialen

De mechanische klok onderging tussen de 16e en 18e eeuw een enorme transformatie: van een onnauwkeurig statussymbool voor de elite tot een hyperprecies wetenschappelijk instrument. Hieronder vind je een overzicht van hoe het mechaniek en de gebruikte materialen zich in deze drie eeuwen hebben ontwikkeld.

De 16e Eeuw: Het Spilgangtijdperk en draagbare innovatie

In de 16e eeuw waren klokken zeldzame luxeproducten. Ze waren nog behoorlijk onnauwkeurig (ze weken vaak een kwartier tot een half uur per dag af) en hadden daardoor meestal maar één wijzer: de urenwijzer.

Het Mechaniek

De Spilgang (Foliot / Waag): Dit was het regulatiemechanisme. Een spil met twee pallets greep in een getand kroonwiel. Bovenop zat een dwarsbalk (de foliot) met verschuifbare gewichtjes of een balanswiel om de snelheid handmatig af te stellen.
De Snek (Fusee): Omdat men in deze eeuw de eerste klokken met een stalen veer (in plaats van gewichten) begon te maken, ontstond er een probleem: een veer verliest kracht als hij afloopt. De snek—een kegelvormig wiel met een spiraalvormige groef—compenseerde dit krachtsverlies, waardoor de klok gelijkmatiger liep.

Materialen

Uurwerk: Voornamelijk ijzer en handgesmeed staal. Tegen het einde van de eeuw werd messing (geel koper) steeds populairder voor de raderen omdat het makkelijker te bewerken was en minder snel roestte.
Kasten: Vooral zwaar brons, messing of ijzer. Klokken uit deze tijd (zoals de bekende lantaarnklokken en gotische klokken) waren vaak rijkelijk gegraveerd of polychroom beschilderd.

De 17e Eeuw: De wetenschappelijke revolutie en de slinger

Dit is de belangrijkste eeuw in de horologie. De uitvinding van het slingeruurwerk zorgde voor een explosie in nauwkeurigheid: de afwijking daalde van minuten naar slechts enkele seconden per dag. De minutenwijzer deed zijn intrede.

Het mechaniek

De Slinger (Christiaan Huygens, 1656): De Nederlandse wetenschapper Christiaan Huygens patenteerde de slinger. Dankzij de constante zwaartekracht bood de slinger een ongeëvenaard regelmatige tik.
De Ankergang (ca. 1670): Uitgevonden in Engeland (vaak toegeschreven aan Robert Hooke of William Clement). Het anker verving de spilgang bij grotere klokken. Omdat een ankergang veel minder wijd uitslaat dan een spilgang, konden slingers langer en zwaarder worden, wat de nauwkeurigheid nóg groter maakte.

Materialen

Uurwerk: Messing werd de standaard voor de platen en tandwielen. Gehard staal werd gebruikt voor de assen (spindels), veren en de pallets van het echappement om slijtage tegen te gaan.
Kasten: Door de lange slingers ontstond de staande klok (grand-father clock). Kasten werden gemaakt van eikenhout, dat vaak werd gefineerd met kostbare materialen zoals walnoothout, ebenhout en zelfs schildpad (inlegwerk/marqueterie). Wijzerplaten werden vaak bekleed met fluweel of voorzien van gegraveerd messing met verzilverde cijferringen.

De 18e Eeuw: Uiterste Precisie en Decoratieve Pracht

In de 18e eeuw bereikte de mechanische klok zijn mechanische volwassenheid. Klokken werden compacter, kregen complexere complicaties (zoals maanstanden, kalenders en speelwerken) en de Franse hofstijl bepaalde de mode.

Het Mechaniek

Deadbeat Echappement (Graham-gang): Een verfijning van de ankergang die zorgde dat het uurwerk geen 'terugslag' meer had. Dit verhoogde de precisie aanzienlijk en wordt vandaag de dag nog steeds gebruikt in precisieklokken.
Temperatuurcompensatie: Klokkenmakers (zoals John Harrison en John Ellicott) ontdekten dat slingers uitzetten bij warmte en krimpen bij kou, wat de tijdwaarneming verstoorde. Ze ontwikkelden de gridiron-slinger (een raster van wisselend messing en staal) om dit effect te neutraliseren.
Comtoise-mechanisme: In Frankrijk kwam de Comtoise klok op, bekend om zijn robuuste ijzeren kooi-constructie en het mechanisme waarbij de klok na een paar minuten het hele uur nóg een keer sloeg (de dwangslag).

Materialen

Uurwerk: Hoogwaardig gietmessing en superieur gepolijst staal. Voor de lagers van zéér exclusieve klokken begon men aan het eind van de eeuw soms al met het gebruik van robijnen (edelstenen) om wrijving te verminderen.
Kasten en Decoratie: Dit was de eeuw van het vuurverguld brons (ormolu), vooral in Frankrijk bij de pendules (tafelklokken). Kasten werden versierd met prachtig gegoten mythologische figuren. Daarnaast werd porselein (bijvoorbeeld uit Sèvres of Meissen) verwerkt in de klokken. In Engeland en Nederland bleven houten staande kasten populair, nu vaak gemaakt van glanzend mahoniehout.

Spillegang (balanswiel, foliotwaag, kroonrad) en ankergang

Het balanswiel (of de onrust) van een lantaarnklok is een van de vroegste vormen van een snelheidsregelaar in mechanische uurwerken, gebruikt vóór de uitvinding van de slinger.

Het is een metalen ( ijzer en messing) of houten wiel dat horizontaal boven op de klok is gemonteerd.

*De aandrijving van al deze regelingen geschiedt door gewichten

Het wiel draait dankzij de aandrijving (de spillegang) continu heen en weer. Door deze regelmatige, schommelende beweging tikt de klok in een constant tempo en loopt het uurwerk niet in één keer leeg. Omdat een balanswiel zonder spiraalveer erg gevoelig is voor temperatuurwisselingen en wrijving, zijn lantaarnklokken met dit systeem naar moderne maatstaven niet heel nauwkeurig.

Een spillegang met slinger en kroonrad boven in de klok is het oudst bekende echappement in mechanische klokken. Het mechanisme zet de draaiende beweging van de raderen om in een heen-en-weergaande beweging van de slinger, waardoor de klok tikt en de tijd gelijkmatig loopt.

Het mechanisme bestaat uit drie hoofdonderdelen:

Het kroonrad: Een tandwiel met tanden die rechtop staan, vergelijkbaar met de punten van een kroon. Dit rad wordt aangedreven door het uurwerk.
De spil (of pille): Een metalen as die dwars voor het kroonrad staat. Op deze as zitten twee kleine, versprongen pallets (lepels) gemonteerd.
De slinger: Een staaf met een gewichtje die direct aan de spil is bevestigd en heen en weer zwaait.

Hoe het werkt:
Wanneer het kroonrad probeert te draaien, duwt een tand tegen de eerste pallet van de spil. Hierdoor draait de spil een stukje en krijgt de slinger een zetje. Zodra de tand van de eerste pallet afglijdt, blokkeert de tweede pallet (die aan de andere kant zit) direct een tand aan de tegenoverliggende zijde van het kroonrad. De slinger zwaait door zijn eigen gewicht weer terug, waardoor de tweede pallet de tand loslaat en het proces zich herhaalt. Dit constante opvangen en loslaten zorgt voor het herkenbare 'tik-tak'-geluid en reguleert de snelheid van de klok.

Het ankerrad is het hart van de tijdregeling in een wandklok. Het werkt nauw samen met het anker en de slinger om ervoor te zorgen dat de klok gelijkmatig en niet te snel loopt.

De werking bestaat uit een continu herhaald proces van vangen, loslaten en een duwtje geven:

Gecontroleerd remmen en loslaten: Het ankerrad wordt aangedreven door de veer of het gewicht van de klok en wil constant snel gaan draaien. De haakjes van het anker (de pallets) grijpen om de beurt in de tanden van het ankerrad. Hierdoor kan het rad telkens maar één tand tegelijk opschuiven. Dit veroorzaakt het bekende 'tik-tak'-geluid.

De slinger in beweging houden: Elke keer dat een tand van het ankerrad ontsnapt, glijdt deze langs de schuine kant van de ankerpallet. Dit geeft een klein mechanisch duwtje aan het anker. Omdat het anker verbonden is met de slinger, krijgt de slinger bij elke tik een klein zetje. Dit compenseert het energieverlies door wrijving en zorgt ervoor dat de slinger blijft zwaaien.