Leonardo Da Vinci`s Uhren Experimente - seiner Zeit 150 Jahre weit voraus

Der vielseitig interessierte Renaissance-Künstler Leonardo daVinci hat sich auch mit Uhren und Zeitmessung auseinandergesetzt

Im Codex Madrid I sind mindestens 60 Skizzen, Zeichnungen und Textstellen enthalten, die sich direkt oder indirekt auf den Bau von Uhren beziehen. Leonardo charakterisiert dabei nicht nur den Stand des Wissens seiner Zeit, sondern erfindet auch eigene Mechanismen.

Seine vielfältigen Beschäftigungen mit mechanischenElementen und sein fundamentales Verständnis für derenFunktion, führen ihn nach einigen Erfahrungen auch zum Entwurf von mittels Schwerependel geregelten Uhren. Ob er solche Uhren wirklich gebaut oder durch Handwerker hat ausführen lassen, ist nicht bekannt. 

Auf jeden Fall hat er aber sämtliche hierfür erforderlichen Bauteile gekannt, teilweise selbst weiterentwickelt und ist so als Visionär auch im Bereich der Zeitmessung seiner Epoche vorausgeeilt

Der eigentliche Durchbruch des Prinzips der Pendeluhr erfolgt allerdings erst mit den Arbeiten des Niederländers Christian Huygens über 150 Jahre später.

Älteste mechanische Uhren (sog. Räder- oder Waaguhren) sind seit dem 13. Jahrhundert bekannt. Diese Uhren funktionieren nach folgendem Prinzip:

Die Waag oder das Foliot 4 besteht aus einem auf einer Spindel waa gerecht gelagerten Waagbalken, dessen Schwingungsdauer durch verschiebbare Gewichte verändert werden kann.

An der Spindel sind zwei Lappen aus Metall angebracht, die abwechselnd in die Zähne des von einem Uhrgewicht oder von einer gespannten Feder angetriebenen gezackten Kronrads eingreifen. Einerseits erteilt das Kronrad der Waag kontinuierlich Impulse, so dass diese in ständiger Schwingung gehalten wird;

Andererseits wird das Kronrad nach jeder halben Schwingung der Waag durch einen der beiden Lappen an der Spindel gehemmt (- daher die Bezeichnung"Hemmung"). Im Prinzip würde die Ganggeschwindigkeit der Uhr durch das Drehen des Kronrads bestimmt.

Diese Drehung wird aber durch die Hemmung und den Waagmechanismus unterbrochen, so dass sich die Drehung des Kronrads verlangsamt und zugleich die Zeit in regelmässige Intervalle unterteilt wird, deren Summe schliesslich über ein Räderwerk mittels Zeiger der Zeitangabe dient.

Historisch gesehen hat erst die Erfindung der Hemmung mit Waag (oder Foliot) die mechanische Uhr möglich gemacht.

Die anderen Bauteile, wie Gewichtsantrieb, Zahnräder und drehende Zeiger, sind schon früher bekannt gewesen. Wer im 13. Jahrhundert diese Bauweise der Uhren mit Waag er
funden hat, ist nicht bekannt.

Als Variante zur Balkenwaage hat man oft auch ein hin- und herschwingendes Rad verwendet, welches als "Unrast" 5 bezeichnet wird

Eine Uhr mit Foliot zeichnet und beschreibt Leonardo da Vinci detailliert in Codex Madrid I, foglio 115 verso, und charakterisiert dadurch zugleich den Wissensstand seiner Zeit.

Leonardos Verbesserungen:

Leonardos Beschäftigung mit Uhren manifestiert sich vorallem in der Handschrift des Codex Madrid I, welche als seine grundsätzlich der Mechanik verpflichtete Lehrschrift gelten kann Mindestens 60 Skizzen und Zeichnungen, und beinahe ebensoviele Textstellen beziehen sich direkt oder indirekt auf den Bau von Uhren, sowie auf die Konstruktionund Funktionsweise einzelner Bauteile 

Der kreative Geist von Leonardo bleibt aber nicht bei der Beschreibung der Uhrmacherkunst seiner Epoche stehen. Er denkt sich schon bald eigene, modifizierte Uhrwerke aus.

Eine erste Variante scheint der recht komplexe Entwurf einer Räderuhr inklusive Anzeige in Codex Madrid I, foglio 27 verso, darzustellen. Ein weiteres, sehr interessantes Beispiel findet sich in Codex Madrid I, foglio 157 verso

Diese als Uhr mit Unrast konzipierte Konstruktion enthält verbesserte Elemente, so eine doppelte Untersetzung des Gewichtsantriebs über zwei Stufen, um die Dauer des Antriebs zu verlängern, und eine vertikal gelagerte Unrast (Flügelrad).

Diese Uhr nach Leonardo wirkt sehr eigenständigund originell. Ein pfiffiger Mechanismus mit einem Ritzel und einer fest dran angebrachten sinusförmig gekerbten Rolle ersetzen die herkömmliche Hemmung. Über Ritzel und Spindel, der sich in der Kerbe wellenförmig bewegt, kann der Antrieb mit der Unrast wechselwirken

Die Funktion der Hemmung wird durch das Zusammenspielvon gekerbter Rolle und hin- und herwippendem Spindel übernommen. Die Unrast dreht sich wechselweise von links nach rechts und umgekehrt

Eine kleine, in Achsenrichtung der Rolle angebrachte Kurbel dient sowohl zum Aufziehen der Uhr, als auch zum Justieren. Sicher geht jedoch eine solche Konstruktion sehr ungenau, obwohl sie im Prinzip funktionsfähig ist.

Dies wegen unkontrollierbarer Reibungskräfte in der Vorrichtung zur Hemmung nach Leonardo.

Das bedeutet: Trotz zwei potentieller Verbesserungen weist diese Räderuhr mit Unrast und Hemmung nach Leonardo erhebliche Unzulänglichkeiten auf, die Leonardo aber wohl schon bald erkannt oder gar durch praktische Versuche er mittelt hat.

Die Unrast ist natürlich kein Zeitgeber, d.h. Kein eigenständig schwingender Mechanismus, dessen Güte oder Ganggenauigkeit etwas zur Gewährleistung der korrekten Zeitmessung beiträgt. 

Erst ein solches, heute selbstverständliches Element, macht eine Uhr zu einem echten
Gerät der Zeitmessung

Aufgrund der in Leonardos Schriften verstreuten Notizen sowie der Tatsache, dass die Uhren für Leonardo ein ständiges Thema sind, kann vermutet werden, dass Leonardomit grosser Intuition bald nach Besserem sucht.

Leonardo entwirft in Cod. Forster II, f 63 r eine weitere Räderuhr. Eine solche, von der Zeichnung Leonardos inspirierte "Räderuhr mit Pendel", kann heute sogar auf dem Uhrenmarkt käuflich erworben werden, stellt jedoch eine sehr weit gehende Interpretation der Skizze von Leonardo dar

 
Das Pendel als Zeitmesser zu verwenden, ist wohl nicht eine originale Idee von Leonardo selbst; denn schon frühere Generationen kennen handgehaltene Pendel 12 für die Messung von kurzeitigen Ereignissen, so z. B. beim ballistischen Schiessen. Leonardo beschreibt ein solches Experiment zum Beispiel in Codex Madrid I, foglio 147 r.

Daher ist es nicht verwunderlich, dass Leonardo bald auch ein Pendel in Betracht zieht, um die Hemmung am Kronrad einer Räderuhr zu regulieren. Zwei entsprechende Skizzen sind inCodex Madrid I, foglio 61 v enthalten 

Weitere Skizzen befinden sich im Codex Atlanticus, 397 r. Abermöglicherweise liegt gerade in dieser Kombination von zwei ansich bekannten Prinzipien, nämlich der Räderuhr und dem selbstschwingenden Perpendikel, die eigentliche kreative Leistung Leonardos.

Denkbar ist, dass Leonardo versucht, die Unzulänglichkeiten seiner eigenen Erfindung zu beseitigen. Die Unrast in der Konstruktion mit Sinusrille soll durch ein Pendel ersetzt werden, welches über die Rille mit dem Rest des Uhrwerks wechselwirken kann;

Die Kurbel hat dann denselben Zweck. Allerdings: Obwohl die theoretische Überlegung hinter der Verbesserung stimmt, dürfte der praktische Erfolg des Einbaus eines solchen Elementsin die Uhr von Davinci nttäuschend gewesen sein.

Die Probleme einer Hemmung mit Reibung sind dadurch nicht beseitigt.

Leonardo ist denn auch bei diesem Ansatz nicht stehengeblieben. Überall verstreut durch seine heute noch erhaltenen Manuskripte finden sich die entscheidenden Elemente, die es zum definitiv erfolgreichen Bau einer Pendeluhr braucht.

Dies wird klar, wenn man die Skizzen und Entwürfe von seiner Hand mit der Rekonstruktion eines Funktionsmodellsder Pendeluhr, so wie sie sich Galileo Galilei vorgestellt hat

Ein Funktionsmodell dieser sog. "Pendeluhr nach Galilei" befindet sich im Mueseo Galileo in Florenz,welches auch als virtuelles Museum besucht werden kann

Von Galileos Sohn Vincenzo und von Vincenzo Viviani stammt die einzige zeitgenössische Handzei

Quelle: Fritz Heininger, horologium.at