Je leest:

Computer houdt oude klokken scherp

Computer houdt oude klokken scherp

Auteurs: en | 30 oktober 2001

Waar mensen tegenwoordig te laks zijn of de moeite niet nemen om oude torenklokken op te winden en gelijk te zetten, doen restauratoren een beroep op de moderne techniek. De uurwerken verdienen een beter lot dan de schroothoop.

Oude, mechanische klokken op kerktorens, openbare gebouwen (stadhuizen) en kastelen gelden tegenwoordig als onderdeel van ons cultureel erfgoed. De indrukwekkende smeedijzeren constructies zijn echter zorgenkindjes van de monumentenzorg. Het is bij het behoud van de uurwerken namelijk essentieel dat niet alleen de materie (het mechaniek) wordt geconserveerd, maar ook het niet-tastbare, de werking van de klok. En dat alles bij voorkeur op de oorspronkelijke locatie en in de oorspronkelijke behuizing. Want alleen tijdens het in beweging samenwerken van de onderdelen is het mogelijk de technische gedachte met oog en oor waar te nemen en zintuiglijk te begrijpen. Een niet-lopende klok is een fossiel.

Een ander belangrijk argument om uurwerken te laten lopen, is dat stilstaande klokken vroeg of laat worden verwaarloosd. Dan raken ze in verval en worden ze incompleet. Van een klok die loopt daarentegen zullen onderdelen niet ongemerkt verdwijnen.

Dat vereist dat men de uurwerken regelmatig opwindt, gelijkzet en controleert. Wij ontwikkelden het Clock Care System om deze taken te automatiseren.

Verloedering

Veel antieke klokken zijn na jaren (of eeuwen) van trouwe dienst onverschillig afgedankt en op de schroothoop beland. Andere klokken werden uitgerust met elektromotoren die ze opwinden en zijn daarmee in onze ogen verminkt. Soms zijn wijzers of wijzerplaten vernieuwd en onderdelen als gewichten en raderen verwijderd of vervangen. Veel antieke torenuurwerken staan kwetsbaar op tochtige zolders en krijgen alleen nog bezoek van vliegen, vogels en vleermuizen. De naar schatting duizenden uurwerken die er nog zijn, vormen slechts een kleine minderheid van wat er ooit was.

Oorzaak van die verloedering is de noodzaak om de uurwerken regelmatig, dat wil zeggen elke week of zelfs elke dag (ook in het weekend), op te winden. Dat is tegenwoordig wat veel gevraagd. Bovendien lopen de klokken niet altijd gelijk, wat in de moderne tijd een absolute vereiste is. Er moet dus regelmatig iemand naar boven om de wijzers goed te zetten. Dat schiet er vaak bij in. Gelukkig zetten de Rijksdienst van de Monumentenzorg, musea en particulieren – waaronder de Stichting tot Behoud van het Torenuurwerk – zich in ter bescherming, restauratie en onderhoud van oude uurwerken.

Het moeilijkste punt is daarbij de wrijving tussen de wens het culturele erfgoed onaangetast te bewaren en de eis dat ook antieke klokken gelijk lopen en gemakkelijk te bedienen zijn. De meest voor de hand liggende oplossing blijft de meest ideale: dat mensen bereid zijn de klokken met zorgzame hand op te winden en gelijk te zetten. Zij kijken meteen na of alles naar behoren werkt en schakelen de restaurator in als ze iets niet vertrouwen. Maar zulke vrijwilligers zijn er steeds minder. Automatisering kan uitkomst bieden, was onze gedachte.

Tandje verder

Mechanische uurwerken werken allemaal volgens hetzelfde principe: een gewicht aan een touw, dat om een trommel op de hoofdas gewonden is, zakt door de zwaartekracht omlaag en doet deze as draaien. Een systeem van tandwielen brengt die draaiing over op de wijzers (het gaandwerk). Een ander gewicht drijft het slagwerk aan, een afzonderlijk mechanisme dat op gezette tijden een slaghamer op een klok doet slaan.

Dat zakken van de gewichten moet op de een of andere manier worden afgeremd, anders draaien de klokkenwijzers razendsnel rond en blijft de klok slaan. Voor het gaandwerk bestaan verschillende regelsystemen, maar de slinger vindt de meeste toepassing. Slingeruurwerken zijn in ieder geval vanaf 1657, toen Christiaan Huygens (1629-1695) er een patent op kreeg), gebouwd, maar bij torenuurwerken in de praktijk waarschijnlijk al veel langer toegepast. Die toepassing duurde tot ongeveer 1950.

Een slinger schommelt met een constante tijd heen en weer en is daardoor een prima regelend orgaan voor een klok. De slinger is verbonden met bijvoorbeeld een anker, dat het laatste rad in het systeem met de regelmaat van de slinger blokkeert. Gaat de slinger door de middenpositie, dan laat het anker het tandwiel los; het wiel draait een tandje verder en de wijzers verdraaien een stukje. Door de vorm van het anker krijgt de slinger tevens een duwtje, zodat hij in beweging blijft en niet door wrijving stil komt te hangen. Het samenspel van anker en ankerrad noemen we het gangsysteem of echappement.

Opwinden

Wanneer men het afgewonden touw weer om de trommel wil draaien om het uurwerk op te winden, zal bij de meeste klokken het raderwerk stoppen en bij het terugkomen van het gewicht weer gaan draaien. In de praktijk houdt men de slinger meestal stil en brengt men hem na afloop van het winden weer op gang; de wijzers zet men daarna gelijk. Als dat niet voorzichtig gebeurt, kunnen de stukken er af vliegen; met name het gangsysteem en de slinger en zijn bevestiging zijn heel kwetsbaar.

We zochten dus een systeem om het opwinden en gelijkzetten van antieke torenuurwerken te automatiseren zonder dat we de klok hoeven te beschadigen of zelfs maar te veranderen. De constructie moest bovendien – om het historisch basismateriaal veilig te stellen – praktisch onzichtbaar zijn en gemakkelijk en zonder blijvende gevolgen te verwijderen; de mogelijkheid moest open blijven om de klok zonodig met de hand te kunnen bedienen. We ontwikkelden het Clock Care System (CCS). Het is geschikt voor klokken die in goede staat verkeren.

Geruisloos

Het Clock Care System (CCS) windt antieke klokken op, zet ze gelijk en controleert de toestand van het uurwerk.

Om de klok op te winden, brengen we een luchtcilinder in de buurt van de klok aan, waaraan een koord, gemaakt van supersterke vezel bevestigd is. Dat koord is aan het oorspronkelijke gewichtstouw vastgehaakt en om dezelfde opwindtrommel en in dezelfde richting doorgewikkeld. Als de klok loopt, wordt het gewichtstouw van de trommel afgewonden en tegelijkertijd het CCS-koord opgewonden. Op vaste tijden trekt de luchtcilinder, aangestuurd door een computer, het koord terug en windt hij daarmee de gewichtstouwen op.

Een geruisloze compressor levert de benodigde lucht. Ventielen regelen de luchtstroom en dus de kracht waarmee het gewicht wordt opgewonden. Omdat we de trekrichting van het koord waar mogelijk tegengesteld kiezen aan dat van het gewichtstouw, worden de lagers van de hoofdas tijdens het opwinden ontlast. Opwinden moet wel vaker gebeuren. De lengte van de luchtcilinder beperkt namelijk de lengte die het koord kan hebben, dus de lengte waarover het gewichtstouw wordt opgewonden. Een klok die een week kan lopen, wordt nu bijvoorbeeld elke drie uur opgewonden; bij een klok met een gangduur van een dag gebeurt dat ieder uur.

Gelijk zetten

Als een klok automatisch wordt opgewonden en niemand hem dus meer dagelijks of wekelijks bezoekt, vervalt ook het moment om de klok gelijk te zetten en wordt het gebruikelijke ongelijk lopen storend. Daarom voorziet het systeem ook in de mogelijkheid om de klok automatisch gelijk te zetten. Aan de slinger haken we een uiterst dun draadje (0,1 mm dik) van dezelfde supervezel, dat uit de zuilvormige ‘slingervanger’ komt die naast de slinger staat opgesteld. In deze slingervanger wordt het draadje met minieme kracht strak gehouden en worden de slingerbewegingen geteld. Als het juiste aantal per uur behaald is, bijvoorbeeld 3600 voor een slinger met een slingertijd van een seconde, wordt de slinger door het draadje zijwaarts vastgehouden zodat het anker het ankerrad blokkeert. Een aparte constructie in de slingervanger zorgt ervoor dat de slinger altijd wordt vastgepakt als die zich in de uiterste stand bevindt. Op dat moment staat de slinger stil, zodat het vastpakken de kwetsbare slingerophanging niet onnodig belast.

We maken de slinger met de originele regelmoer zoveel korter dat het uurwerk vijf seconden per uur voor loopt. Dat geeft de luchtcilinder ongeveer vijf seconden de tijd om het gewicht op te winden. De slingervanger laat de slinger daarna los als het uur werkelijk is verstreken; hij doet dat op commando van een tijdssignaal van een supergelijklopende atoomklok dat via de radiozender in Braunschweig wordt doorgegeven.

De constructie en het beeld van de oorspronkelijke klok blijven onaangetast. Alleen de dunne koorden worden aan het uurwerk vastgemaakt, de overige opwind- en gelijkzetapparatuur staat op afstand. Alles kan eenvoudig worden losgehaakt om de klok weer als vanouds te laten functioneren.

Controleren

Tenslotte bevat het Clock Care System controleapparatuur ter bescherming van het uurwerk. Door het automatiseren vervalt de regelmatige menselijke controle en ziet men niet meer wanneer het uurwerk moet worden schoongemaakt, geolied, hersteld of geschilderd. Daarom hebben we ervoor gezorgd dat de besturing stopt als het uurwerk slecht gaat functioneren, als de gewichten niet meer zakken of de slingerbeweging gaat afnemen. Deze gegevens worden in de computer opgeslagen; men kan ze naderhand interpreteren en aan de hand van deze gegevens kan de restaurator het uurwerk herstellen. De klok wordt dus beschermd tegen ongeoorloofd doorlopen.

Steeds nauwkeuriger

De eerste mechanische klokken die door een gewicht werden aangedreven, waren waarschijnlijk de kloosterwekkers. Als zo’n machine afliep, wist de dienstdoende monnik dat hij de klok moest luiden om de anderen op te roepen tot gebed. Hieruit ontwikkelden zich de grote torenuurwerken, die met een slagwerk de uren lieten horen. Het hoorbaar maken van de tijd is lang belangrijker geweest dan het zichtbaar maken ervan. Veel torenuurwerken hadden oorspronkelijk geen wijzers.

Met een toenemende complexiteit van de samenleving groeide de behoefte aan een exactere tijdweergave. Door de eeuwen heen bouwden vakmensen nieuwe klokken en verbeterden ze oude exemplaren. De eerste wijzerplaten hadden slechts één wijzer, de uurwijzer. Toen de slinger zijn intrede deed als regelend orgaan, gingen klokken steeds beter lopen en werd het zinvol ook een minuutwijzer aan te brengen. Het zou echter nog eeuwen duren voordat de tweede wijzer op openbare klokken algemeen gebruik was.

Lang hield iedere stad of dorp z’n eigen tijd en moest men bij het reizen van de ene plaats naar de andere het horloge steeds gelijkzetten. Met de komst van de trein groeide de behoefte aan één tijd en werd de spoortijd ingesteld, die samenviel met de lokale tijd van Amsterdam en via de telegraaf werd gedistribueerd. Op 1 mei 1909 werden alle gemeenten in Nederland verplicht de Amsterdamse tijd te voeren. Zelfs toen nog bleven de klokken op sommige plaatsen in het oosten van Nederland hardnekkig ongeveer tien minuten voorlopen!

Toen de zeer precieze en gemakkelijke elektrische klokken en kwartsklokken verschenen, staakte de productie van mechanische klokken.

Dit artikel is een publicatie van Natuurwetenschap & Techniek.
© Natuurwetenschap & Techniek, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 30 oktober 2001

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.