Bevor sie zu einer Frage von Millimetern wurde, war die mechanische Zeitmessung zunächst ein Kampf gegen die natürliche Beschleunigung fallender Körper.
Ende des 13. Jahrhunderts hatten die ersten europäischen Großuhren kein Zifferblatt: Sie dienten dazu, die Glocken der Klöster und Städte zu läuten. Ihr schlagendes Herz beruhte auf einer namenlosen, aber revolutionären Erfindung: der Spindelhemmung, verbunden mit einem Regulierorgan namens Foliot.
Das Foliot: die Schwerkraft zähmen
In diesen frühen Mechanismen wickelt ein an einem Seil hängendes Gewicht eine Trommel ab. Ohne Regulierung würde das Gewicht immer schneller fallen und die Uhr binnen Sekunden ablaufen lassen.
Die Spindelhemmung führt eine Unterbrechung ein. Ein Rad mit sägezahnförmigen Zähnen (das Kronrad) drückt abwechselnd gegen zwei kleine, an einer senkrechten Achse (der Spindel) befestigte Lappen. Sobald ein Zahn freikommt, sperrt der andere Lappen das Rad auf der gegenüberliegenden Seite. Oben auf dieser Achse sitzt das Foliot: ein waagerechter Balken mit verstellbaren Bleigewichten.
Der Mechanismus arbeitet durch reine Trägheit: Die Energie des Gewichts zwingt das Foliot zur Drehung in eine Richtung, dann bremst der gegenüberliegende Lappen es ab und zwingt es zur Umkehr.
Das Problem? Diese Hemmung arbeitet ständig „rückfallend“: Bei jedem Schlag zwingt der Schwung des Foliots das Antriebsrad, sich gegen die Gewichtskraft leicht rückwärts zu drehen. Vor allem ist das System grundsätzlich nicht isochron. Schon geringster Staub, Kondenswasser auf den Zahnrädern oder eine veränderte Fettschichtdicke beeinflussen unmittelbar die Schwinggeschwindigkeit. Das Ergebnis: eine tägliche Abweichung von etwa einer Viertelstunde, manchmal mehr.
1656: der Huygens-Umbruch
Fast vier Jahrhunderte lang blieb die Spindel trotz zahlreicher Anpassungen bei Hausuhren allein tonangebend. Erst 1656 passte der niederländische Gelehrte Christiaan Huygens auf Grundlage von Galileis geometrischen Beobachtungen erstmals ein schwingendes Pendel an eine mechanische Uhr an.
Der Paradigmenwechsel war radikal:
Während das Foliot zur Bestimmung seines Rhythmus völlig von der Kraft des Räderwerks abhing, gab das Pendel nun seine eigene natürliche Frequenz vor, bestimmt durch Schwerkraft und Länge. Über Nacht sank der tägliche Fehler von mehreren Dutzend Minuten auf weniger als eine Minute pro Tag.
Doch die Spindel zeigte gegenüber diesem neuen Regulierorgan sofort ihre Grenzen: Der von ihr verlangte große Schwingungswinkel (etwa 80 bis 100°) beeinträchtigt den Isochronismus des Pendels. Londoner und Pariser Handwerker erkannten, dass diese Amplitude verringert und das Regulierorgan befreit werden musste (vertieft in unserem Modul: Theorie der Hemmungen).