Geschichte der Zeitmessgeräte

Die Geschichte der Zeitmessgeräte lässt sich bis zu den Sumerern und Ägyptern zurückverfolgen, die um 3000 v. Chr. Sonnenuhren auf Basis einfacher Schattenstäbe kannten.<ref>siehe z.B. Vom Schattenstab und dessen Entwicklung@astromeyer.de, abgerufen am 26. Mai 2014</ref> Der Schattenstab ist seit 2400 v. Chr. auch aus China bekannt. Die Griechen nannten ihn später „Gnomon“.

Um 2000 v. Chr. wurde von den Babyloniern das Sexagesimalsystem mit der Basiszahl 60 verwendet, woraus sich später das Zwölfersystem (Duodezimalsystem) für die Stundeneinteilung entwickelte.<ref>Die Geschichte der Zeitmessung, abgerufen am 14. Oktober 2009</ref> Die alten Ägypter unterteilten den Tag in zwei Zwölf-Stunden-Zeiträume und verwendeten große Obelisken, auf denen die Bewegung der Sonne verfolgt werden konnte. Wasseruhren gehörten zu den ersten Zeitmessern, die nicht auf Beobachtungen der Himmelskörper basierten. Eine der ältesten wurde im Grab des ägyptischen Pharaos Amenhotep I., um 1500 v. Chr. gefunden. Etwa 325 v. Chr. kam die Wasseruhr zu den Griechen, die sie als Klepsydra („Wasserdiebin“) bezeichneten.<ref name="NISTearly"/> Andere alte Zeitmessgeräte sind die Kerzenuhren, die in China, Japan, England und im Irak eingesetzt wurden. In Indien und im Tibet waren die sogenannten Timesticks (Räucherstäbchenuhr) weit verbreitet sowie die Sanduhren in einigen Teilen Europas.

Die ältesten Uhren verwendeten den Schatten der Sonne – versagten also bei trübem Wetter oder bei Nacht – und zeigten die Zeit nur sehr ungenau an. Genauere Sonnenuhren erforderten eine Berücksichtigung der Jahreszeiten, was beim Gnomon schwierig war und später zur Ausrichtung des Schattenzeigers nach der Himmelsachse führte. Die erste Uhr mit einem Hemmungsmechanismus, der die Rotationsenergie in Schwingungen umsetzte,<ref>David Landes: Revolution in Time: Clocks and the Making of the Modern World, rev./ enlarged edition, Harvard University Press, Cambridge 2000, Seite 18 f., ISBN 0-674-00282-2.</ref> entwickelte ein Grieche im 3. vorchristlichen Jahrhundert.<ref>Michael Lewis: Theoretical Hydraulics, Automata, and Water Clocks. In Wikander, Örjan, Handbook of Ancient Water Technology, Technology and Change in History, Leiden 2000, Seite 356 f., ISBN 90-04-11123-9</ref> Im 11. Jahrhundert erfanden arabische Ingenieure Uhren, deren Zahnräder und Gewichte mit Wasser angetrieben wurden.<ref name="Hassan"/>

Mechanische Uhren mit einer Spindelhemmung entstanden um 1300 in Europa und wurden das Standard-Zeitmessgerät, bis im 16. Jahrhundert federgetriebene und Taschenuhren folgten sowie um 1650 die Pendeluhr. Im 20. Jahrhundert wurden Quarzuhren erfunden, gefolgt von Atomuhren. Obwohl die ersten Quarz-Oszillatoren wegen ihrer Genauigkeit für Labors entwickelt wurden, konnte man sie bald einfach produzieren und in Armbanduhren einbauen. Atomuhren sind die weitaus genauesten der bisherigen Zeitmessgeräte. Um andere Uhren zu kalibrieren und eine Standardzeit der Erde zu definieren, wurde schließlich 1968 das System der „Coordinated Universal Time“ auf atomarer Basis eingeführt.<ref name="NISTrevol"/>

Frühe Zeitmessgeräte

Viele alte Zivilisationen beobachteten die Himmelskörper, besonders die Sonne und den Mond, um Uhrzeiten, Daten und die Jahreszeiten zu bestimmen.<ref name="Chobotov1"/><ref name="Bruton-History"/> Methoden der sexagesimalen Zeitmessung, heute häufig in der westlichen Gesellschaft angewendet, entstanden zum ersten Mal vor fast 4000 Jahren in Mesopotamien und Ägypten, ein ähnliches System wurde später in Mittelamerika entwickelt.<ref name="Chobotov1"/><ref>Jo Ellen Barnett: Time's Pendulum: From Sundials to Atomic Clocks, the Fascinating History of Timekeeping and How Our Discoveries Changed the World. CA: Harcourt Trade Publishers, San Diego 1998, Seite 102, ISBN 0-15-600649-9, abgerufen am 11. Oktober 2009</ref><ref>Christopher Knight, Alan Butler: Civilization One: The World is Not as You Thought It Was.: Watkins Publishers, London 2004, Seite 77, ISBN 1-84293-095-8, abgerufen am 6. Oktober 2009</ref><ref>Anthony Aveni (2001): Skywatchers: A Revised and Updated Version of Skywatchers of Ancient Mexico. University of Texas Press, Austin, TX, Seite 136, ISBN 0-292-70502-6, abgerufen am 16. Oktober 2009</ref> Die ersten Kalender wurden möglicherweise von Jägern und Sammlern während der letzten Eiszeit angelegt. Sie hatten Stöcke und Knochen, die den Phasenlängen des Mondes oder der Jahreszeiten entsprachen, eingesetzt.<ref name="Bruton-History"/> Steinkreise, wie Stonehenge in England, wurden vor allem im prähistorischen Europa und in verschiedenen Teilen der Welt gebaut. Man vermutet, dass sie zur Vorhersage der saisonalen und jährlichen Veranstaltungen wie Tagundnachtgleiche oder Sonnenwende benutzt wurden.<ref name="Bruton-History"/><ref>Ancient Calendars National Institute of Standards and Technology, abgerufen am 16. Oktober 2009</ref> Da diese Megalithkulturen keine Aufzeichnungen zurückließen, ist nur wenig von ihren Kalendern oder Zeitmessungsmethoden bekannt.<ref>Richards, E. G. (1998), Mapping Time: The Calendar and its History, Oxford: Oxford University Press, Seite 55, ISBN 0-19-850413-6</ref>

3500 v. Chr. bis 500 v. Chr.

Sonnenuhren haben ihren Ursprung in den Schattenuhren, sie waren die ersten Geräte, die für die Messung der Teile eines Tages verwendet wurden.<ref>Major, Fouad G. (1998) The Quantum Beat: The Physical Principles of Atomic Clocks New York, NY: Springer, Seite 9, ISBN 0-387-98301-5, abgerufen am 24. Oktober 2009</ref> Die älteste Schattenuhr stammt aus Ägypten und wurde aus grünem Schiefer hergestellt. Ägyptische Obelisken wurden um 3500 v. Chr. errichtet, sie zählen ebenfalls zu den ersten Schattenuhren.<ref name="Bruton-History"/><ref name="Bruton-History"/><ref>Sundial Encyclopedia Britannica, abgerufen am 14. Oktober 2009</ref>

Ägyptische Schattenuhren waren tagsüber in zehn Teile, mit zusätzlichen vier „Dämmerungsstunden“ – zwei morgens und zwei abends – versehen. Eine Art von Schattenuhr bestand aus einem langen Stiel mit fünf variablen Marken und einer erhöhten Latte, die einen Schatten auf diese Marken warf. Sie wurde am Morgen nach Osten positioniert und am Mittag nach Westen. Obelisken funktionierten auf die gleiche Weise, die Schatten auf die Marker ermöglichten den Ägyptern, die Zeit zu berechnen. Des Weiteren ermöglichte der Obelisk die Feststellung der Sommer- und der Wintersonnenwende. Die Ägypter entdeckten darüber hinaus den Meridian, da sie merkten, dass der Schatten eines Obelisken, wenn er am kürzesten ist, unabhängig von der Jahreszeit immer in die gleiche Richtung fällt.<ref name="Bruton-History"/><ref name="NISTearliest"/> Etwa 1500 v. Chr. wurde eine Schattenuhr in der Form ähnlich wie ein gebogener T-Stab entwickelt. Der T-Stab war am Morgen nach Osten orientiert und drehte sich zu Mittag um, so dass sein Schatten in die entgegengesetzte Richtung geworfen wurde.<ref>Jo Ellen Barnett (1998): Time's Pendulum: From Sundials to Atomic Clocks, the Fascinating History of Timekeeping and How Our Discoveries Changed the World. Harcourt Trade Publishers, San Diego, CA, Seite 18, ISBN 0-15-600649-9</ref> Die Ägypter entwickelten eine Reihe von alternativen Zeitmessungsgeräten, darunter Wasseruhren und ein System zur Verfolgung der Sternbewegungen. Die älteste Beschreibung einer Wasseruhr stammt aus dem 16. Jahrhundert v. Chr. und wurde in dem Grab des ägyptischen Hofbeamten Amenemhet gefunden.<ref>Oleg Berlev (1997): Bureaucrats. In Sergio Donadoni: The Egyptians. Trans. Robert Bianchi et al., The University of Chicago Press, Chicago, IL, Seite 118, ISBN 0-226-15555-2</ref> Es gab mehrere Arten von Wasseruhren, das Spektrum reichte von simpel bis aufwendig. Eine Art von Wasseruhr war die sogenannte Einlaufuhr, sie bestand aus einer Schale, die kleine Löcher im Boden hatte. Die Schale schwamm auf dem Wasser und die Löcher ermöglichten es, dass die Schale sich mit einer nahezu konstanten Rate füllte. An der Innenseite der Schale waren Markierungen angebracht, die durch den steigenden Wasserpegel die verstrichene Zeit angaben. Bei den Auslaufuhren zeigte ein sinkender Wasserpegel das „Verrinnen“ der Zeit an. Die älteste Wasseruhr wurde im Grab des Pharao Amenophis I. gefunden, was darauf hindeutet, dass sie zuerst im alten Ägypten verwendet wurden.<ref name="NISTearliest"/><ref>Tom Philbin (2005): The 100 Greatest Inventions of All Time: A Ranking Past to Present. Citadel Press, New York, NY, Seite 128, ISBN 0-8065-2404-9</ref><ref>Brian Cotterell, Johan Kamminga (1990): Mechanics of Pre-Industrial Technology: An Introduction to the Mechanics of Ancient and Traditional Material Culture. Seite 59–61, Cambridge: Cambridge University Press, ISBN 0-521-42871-8</ref> Darüber hinaus bewiesen die Chaldäer bereits im 1. Jahrtausend v. Chr., dass Wasseruhren multifunktional waren – sie entwickelten ein geschlossenes Maßsystem in Form eines wassergefüllten Würfels, der Zeit-, Gewichts- und Längenmessung in sich vereinigte.<ref name="phaenomen.de"/> Eine andere ägyptische Methode zur Zeitbestimmung in der Nacht wurde mit Lot-Linien (Merkhet) durchgeführt. Diese Methode ist seit mindestens 600 v. Chr. im Einsatz. Zwei Merkhets, die auf den Polarstern ausgerichtet waren, wurden benutzt, um eine Nord-Süd-Linie (oder Meridian) zu bilden. So konnte durch die Beobachtung bestimmter Sterne die genaue Nachtstunde bei Überschreitung des Meridians gemessen werden.<ref name="NISTearliest"/><ref>Gerald J. Whitrow (1989): Time in History: Views of Time from Prehistory to the Present Day. Seite 28, Oxford University Press, Oxford, ISBN 0-19-285211-6</ref>

500 v. Chr. bis 1 v. Chr.

Etwa 325 v. Chr. kam die Wasseruhr zu den Griechen, die sie als Klepsydra („Wasserdiebin“) bezeichneten.<ref name="NISTearly"/> Nach ihrer Einführung erfand Platon einen auf Wasser basierenden Wecker.<ref>J. J. O'Connor, E. F. Robertson: Plato biography. School of Mathematics and Statistics, University of St. Andrews, abgerufen am 10. Oktober 2009</ref><ref name="Hellemans65"/> Platons Wasserwecker war abhängig von dem nächtlichen Überlauf eines mit Bleikugeln gefüllten Gefäßes, das an einer Säule schwebte und ständig mit Wasser von einer Zisterne versorgt wurde. Dadurch stieg das Gefäß an der Säule hoch, bis es morgens am Ende der Säule anschlug und umkippte, so dass die Bleikugeln auf eine Kupferplatte prasselten. Von diesem Klang der Bleikugeln wurden Platons Studenten an der Akademie geweckt.<ref>Jo Ellen Barnett: Time's Pendulum: From Sundials to Atomic Clocks, the Fascinating History of Timekeeping and How Our Discoveries Changed the World. Harcourt Trade Publishers, San Diego, CA 1998, Seite 28, ISBN 0-15-600649-9, abgerufen am 11. Oktober 2009</ref> Eine andere Version des Wasserweckers basiert auf zwei Krügen, die neben einem Siphon angeschlossen wurden. Ein Krug wurde mit Wasser gefüllt, bis er überlief und das Wasser durch den Siphon in den anderen leeren Krug lief. Durch das steigende Wasser wurde die Luft mit Kraft aus dem leeren Gefäß gedrückt, was einen lauten Pfiff erzeugte.<ref name="Hellemans65"/> Die Griechen und Chaldäer pflegten regelmäßig als wesentlichen Bestandteil ihrer astronomischen Beobachtungen die Datensätze ihrer Zeitmessung. Der griechische Astronom Andronikos aus Kyrrhos erbaute 50 v. Chr. in Athen den „Turm der Winde“, mit einer Wasseruhr im Innern des Turmes und mehreren Sonnenuhren an den Außenwänden.<ref>Tower of the Winds – Athens abgerufen am 14. Oktober 2009</ref>

In der griechischen Tradition wurden bereits zu Lebzeiten Sokrates' Wasseruhren (Klepsydren) zur Begrenzung der Redezeit vor Gericht eingesetzt, diese Praxis haben die Römer später übernommen. In den historischen Aufzeichnungen und in der Literatur dieser Zeit gibt es mehrere Hinweise darüber. Zum Beispiel im Theaitetos sagt Platon, dass „die Männer auf der anderen Seite immer in Eile sprechen, weil das fließende Wasser sie dazu auffordert“.<ref>John William Humphrey (1998): Greek and Roman Technology. A Sourcebook, Routledge, Seite 518–519, ISBN 0-415-06136-9, abgerufen am 12. Oktober 2009</ref> Eine weitere Erwähnung erfolgt in Lucius Apuleius’ „Goldenem Esel“: „Die Sekretärin des Gerichtes rief den geladenen Kronzeugen der Anklage auf. Hierauf trat ein alter Mann, den ich nicht kannte, vor. Er war eingeladen, so lange zu sprechen, wie Wasser in der hohlen Kugel war. Das Wasser wurde durch einen Trichter in den Hals der hohlen Kugel gegossen und floss durch die feine Perforation am Boden der Kugel wieder heraus.“<ref>Lucius Apuleius (1951): The Transformations of Lucius, Otherwise Known as The Golden Ass. Übersetzt von Robert Graves, New York, Farrar, Straus & Giroux, New York, Seite 54</ref> Die Uhr in Apuleius’ Rechnung war nur eine von mehreren Arten der verwendeten Wasseruhren.

Klepsydren waren nützlicher als Sonnenuhren, da sie im Haus, während der Nacht und wenn der Himmel bewölkt war verwendet werden konnten. Da sie nicht so genau wie Sonnenuhren waren, suchten die Griechen nach einem Weg, ihre Wasseruhren zu verbessern.<ref>Anthony F. Aveni, (2000): Empires of Time: Calendars, Clocks, and Cultures. Tauris Parke Paperbacks, Seite 92, ISBN 1-86064-602-6, abgerufen am 11. Oktober 2009</ref> Etwa 325 v. Chr. wurde die griechische Wasseruhr angepasst, sie bekam ein Gesicht, auf der exakt eine Stunde abgelesen werden konnte. Damit wurde das Lesen der Wasseruhr präziser und komfortabler gestaltet. Eines der häufigsten Probleme in den meisten Arten von Klepsydren wurde durch den Wasserdruck verursacht. Bei vollem Behälter floss das Wasser, bedingt durch den höheren Druck, schneller aus. Dadurch hatte das Wasser je nach Stand eine unterschiedliche Fließgeschwindigkeit. Dieses Problem wurde von den griechischen und römischen Uhrmachern ab 100 v. Chr. behandelt. Um dem erhöhten Wasserdruck entgegenzutreten, erhielten die Wasseruhren eine konische Form. Der dünne Abfluss ermöglichte ein gleichbleibendes Abtropfen des Wassers, unabhängig von der jeweiligen Wasserfläche in der Uhr. In den folgenden Jahrhunderten wurden weitere Verbesserungen an der Wasseruhr durchgeführt. Die Uhren wurden in ihrer Bauform eleganter und mit Gongs versehen, um die vollen Stunden geräuschvoll mitzuteilen. Andere Wasseruhren wurden mit Miniaturfiguren bestückt, oder bewegliche Mechanismen öffneten alle volle Stunden eine Tür oder betätigten eine Glocke.<ref name="NISTearliest"/> Es gab noch ungelöste Probleme, wie etwa die Wirkung der Temperatur. Kaltes Wasser hat eine größere Dichte als warmes Wasser, wodurch eine unterschiedliche Fließgeschwindigkeit entsteht. Des Weiteren konnte die Wasseruhr bei Frost nicht benutzt werden.<ref>James Lincoln Collier (2003): Clocks. Benchmark Books, Tarrytown, NY, Seite 25, ISBN 0-7614-1538-6</ref>

Obwohl die Griechen und Römer in der Wasseruhrtechnologie weit voraus waren, wurden noch weiterhin die Schattenuhren verwendet. Der Mathematiker und Astronom Theodosius von Bithynien soll eine universelle Sonnenuhr erfunden haben, die überall auf der Erde die korrekte Zeit wiedergab.<ref>O'Connor, J. J.; Robertson, E. F. Theodosius biography School of Mathematics and Statistics, University of St. Andrews, abgerufen am 13. Oktober 2009</ref> Andere Zeitgenossen schrieben über die Sonnenuhr in der Mathematik und in der Literatur der damaligen Zeit. Der römische Baumeister und Chronist Marcus Vitruvius Pollio beschrieb in seinem Standardwerk De Architectura die Mathematik des Gnomones (Schattenzeiger) und beschrieb bereits 13 verschiedene Arten von Sonnenuhren.<ref>Marcus Vitruvius Pollio: de Architectura Book IX, The Latin text is that of the Teubner edition of 1899 by Valentin Rose, transcribed by Bill Thayer. 7. Juli 2007, abgerufen am 12. Oktober 2009</ref> Die Römer glänzten in Bezug auf die Zeitmessung weniger durch Innovationen als vielmehr durch Eroberung und schriftliche Fixierung. Dies ist insofern überraschend, als ihre präzise Sprache und Rechtsprechung den Schluss nahelegt, dass exakte Zeitmessung und -einteilung vor allem aufgrund der Größe des Römischen Reiches unabdingbar gewesen wären. Aufgrund der deutlich längeren Schichten als im Süden des Reiches beschwerten sich die in Britannien stationierten römischen Legionäre bei ihren Heerführern. Im Jahr 55 v. Chr. bemerkte Julius Cäsar bei einem persönlichen Aufenthalt in Britannien, dass britische Sommernächte kürzer sind als italische. Die vermutlich älteste römische Sonnenuhr, die im 3. Jahrhundert v. Chr. vor dem Tempel des Quirinus aufgebaut wurde, war laut Überlieferungen ein Beutestück aus dem Ersten Punischen Krieg. Aufgrund des Standortwechsels im Jahr 262 v. Chr. zeigte sie 100 Jahre lang die falsche Zeit an, bis dies bemerkt wurde und die Markierungen und Winkel für den Längengrad von Rom angepasst wurden.<ref>Jo Ellen Barnett (1998): Time's Pendulum: From Sundials to Atomic Clocks, the Fascinating History of Timekeeping and How Our Discoveries Changed the World. Harcourt Trade Publishers, San Diego, CA, Seite 21, ISBN 0-15-600649-9, abgerufen am 11. Oktober 2009</ref>

1 n. Chr. bis 1500 n. Chr.

Wasseruhren

Joseph Needham spekuliert, dass die Einführung der Auslauf-Wasseruhr in China bis auf das 2. Jahrtausend v. Chr., während der Shang-Dynastie, und spätestens bis zum 1. Jahrtausend vor Christus zurückgeht. Mit dem Beginn der Han-Dynastie im Jahr 202 v. Chr. wurde die Auslauf-Wasseruhr nach und nach durch die Einlauf-Wasseruhr abgelöst. Die Einlauf-Wasseruhr hatte einen Indikatorstab, auf dem ein Schwimmergewicht aufgesetzt war. Um die fallende Druckhöhe im Behälter zu kompensieren, hatte Zhang Heng einen Zusatztank zwischen dem Reservoir und dem Zufluss eingebaut. Dadurch wurde die Fließgeschwindigkeit des Wassers der Zeitmessung angepasst. Um 550 n. Chr. beschrieb Yin Gui die erste in China betriebene Wasseruhr mit einem konstanten Flüssigkeitsspiegel. Die Details dieser Wasseruhr wurden später von dem Erfinder Shen Kuo beschrieben. Im Jahr 610 n. Chr. wurde während der Sui-Dynastie durch zwei Erfinder, Geng Xun und Yuwen Kai, die Gleichgewicht-Wasseruhr erfunden. Durch die Verschiebung des Schwimmergewichtes auf dem Schwimmerarm wurde der Druck auf die Wasseroberfläche im Ausgleichsbehälter verändert. Markierungen von Standardpositionen auf dem Schwimmerarm ermöglichten, bedingt durch die Fließgeschwindigkeit des Wassers, die verschiedene Länge von Tag und Nacht zu regulieren. Damit konnte diese Gleichgewicht-Wasseruhr zu allen Jahreszeiten benutzt werden.<ref>Joseph Needham (1986): Science and Civilization in China. Physics and Physical Technology, Part 2: Mechanical Engineering (Taipei: Caves Books, Ltd.) 4: Seite 479–480</ref>

Zwischen 270 v. Chr. und 500 n. Chr. waren griechische und römische Uhrmacher sowie Astronomen mit der Entwicklung von aufwendigen mechanisierten Wasseruhren beschäftigt. Dies wurde durch die Erfindungen von Euklid, welcher die Theoreme der Geometrie begründete, und Archimedes, der die Gesetze des Hebels und des Flaschenzuges, des Zahnrades und der endlosen Schraube sowie die fundamentalen Gesetze der Hydraulik lehrte, erst möglich. Ein Schüler von Archimedes, ein Barbier mit Namen Ktesibios, welcher die Gesetze der Hydraulik und Mechanik auf die Wasseruhren anwendete, baute eine Wasseruhr mit Zifferblatt und Zeiger. Zusätzlich wurde die Regulierung der Wasserströmung angepasst, wodurch die Genauigkeit der Wasseruhren wesentlich verbessert wurde.<ref name="phaenomen.de"/> Es wurden verschiedene Wasseruhren gebaut. Beispielsweise gab es Wasseruhren mit Glockengeläut und Gongschlag, während andere Fenster und Türen öffneten, hinter denen Figuren zum Vorschein kamen. Wieder andere zeigten astrologische Modelle des Universums. Die Klosterwasseruhr funktioniert ähnlich der Sanduhr: aus einer oberen Kugel läuft Wasser durch ein Röhrchen in eine untere Kugel und wird nach einer geeichten Einheit umgedreht. Die Wasserpendeluhr macht sich die Eigenschaften des Pendels zunutze. Die Kompensationswasseruhr des Griechen Pyrlas funktionierte im Zusammenspiel mit Quecksilber und glich Temperaturschwankungen aus. Schließlich ist noch die Walgeuhr zu erwähnen, welche aus einem Gestell besteht, in dem sich eine Trommel, je nach Wasserstand im Behälter, auf und ab bewegen kann. Durch das Zentrum der Trommel geht ein Achsenstab, der sich über eine Zeitskala bewegt, so dass die Zeit abgelesen werden kann.<ref name="phaenomen.de"/>

Einige der aufwendigsten Wasseruhren wurden von muslimischen Ingenieuren entwickelt. Insbesondere sind das die Wasseruhren von Al-Jazari, die im Jahr 1206 gebaut wurden, oder die sogenannte Elefanten-Uhr. Diese Wasseruhr verzeichnete die Stelle der zeitlichen Stunden, was bedeutete, dass die Fließgeschwindigkeit des Wassers verändert werden konnte. Dadurch konnte sie täglich auf die ungleiche Länge der Tage das ganze Jahr über eingestellt werden. Um dies zu erreichen, hatte die Uhr zwei Tanks, der obere Tank gab die Zeit an. Dieser war mit Mechanismen über einen Fließgeschwindigkeitsregler und dem unteren Tank verbunden. Bei Tagesanbruch wurde der obere Tank geöffnet und das Wasser floss über einen Schwimmer in den unteren Tank, so dass ein konstanter Druck im empfangenden Behälter beibehalten wurde.<ref>Ahmad Y. al-Hassan, Donald R. Hill (1986): Islamic Technology: An Illustrated History. Cambridge University Press, Seite 57–59, ISBN 0-521-26333-6</ref>

Wasseruhren mit Zahnrädern und Hemmung

Das früheste Beispiel einer durch Flüssigkeit angetriebenen Hemmung wurde von dem griechischen Ingenieur Philon von Byzanz (3. Jahrhundert v. Chr.) in seiner technischen Abhandlung Pneumatik (Kapitel 31) beschrieben.<ref>Michael Lewis (2000): Theoretical Hydraulics, Automata, and Water Clocks. In Wikander, Örjan, Handbook of Ancient Water Technology, Technology and Change in History, 2, Leiden, Seite 343–369, ISBN 90-04-11123-9</ref> Eine weitere frühe Uhr mit Hemmung wurde durch den tantrischen Mönch und Mathematiker Xing Yi und Regierungsbeamten Liang Lingzan in Chang’an gebaut.<ref name="Schafer128"/><ref>American Society of Mechanical Engineers (2002). Proceedings of the 2002 ASME Design Engineering Technical Conferences, American Society of Mechanical Engineers, ISBN 0-7918-3624-X</ref> Es war ein astronomisches Instrument, das auch als Uhr benutzt wurde. Diese Wasseruhr wurde als Abbild einer Himmelskugel geschaffen und zeigte den Äquator sowie die Mondbahnen in ihrer Reihenfolge. Das Wasser floss in Kugeln und drehte automatisch ein Rad. Eine volle Umdrehung des Rades entsprach einem Tag und einer Nacht. Außerhalb um die Himmelskugel herum waren zwei Ringe befestigt. Auf diesen Ringen war das Modell der Sonne auf den einen und ein Modell des Mondes auf dem anderen montiert. Diese Ringe umkreisten die Himmelskugel als sogenannte Umlaufbahn dieser beiden Planeten. Die Himmelskugel wurde zur Hälfte in einem Holzgehäuse versenkt, deren Oberfläche den Horizont darstellte. Dieses astronomisches Instrument erlaubte die genaue Bestimmung der Zeit, der Sonnenaufgänge und -untergänge sowie des Voll- und Neumondes. Darüber hinaus gab es zwei Holzbuchsen, die auf der Horizontoberfläche angebracht waren. Die erste Holzbuchse schlug an eine Glocke und zeigte durch den Glockenschlag die vollen Stunden an, die zweite schlug an einer Trommel, wodurch ein neues Quartal angekündigt wurde. Alle Aufgaben wurden durch Maschinen innerhalb des Gehäuses, die in Abhängigkeit von Rädern und Wellen, Haken, Stiften und Verriegelungsstäben sowie Bremseinrichtungen waren, bewältigt.<ref>The mechanical clock – history of Chinese science (Memento vom 19. Juli 2012 im Webarchiv archive.is) UNESCO Courier, abgerufen am 12. Oktober 2009</ref>

Eine Nutzung der Wasseruhr von Xing Yi wurde durch die Temperaturschwankungen des Wassers beeinträchtigt. Dieses Problem wurde im Jahre 976 n. Chr. von Zhang Sixun gelöst, in dem er das Wasser durch Quecksilber ersetzte, da Quecksilber bis zu minus 39 °C flüssig bleibt.<ref>Joseph Needham (1986): Science and Civilization in China. Physics and Physical Technology, Volume 4, Part 2: Mechanical Engineering (Taipei: Caves Books, Ltd.), Seite 411</ref> Zhang Sixun implementierte diese Änderung in eine etwa zehn Meter großen Turmuhr, die mit einer Hemmung versehen war und alle Viertelstunden ein Glockensignal ertönen ließ. Auch der chinesische Mathematiker und Ingenieur Han Kung-Lien baute im Jahr 1088 n. Chr. eine Wasseruhr mit Hemmung. In einem Holzgestell war ein Rad mit Schöpfkammern eingebaut. Alle 24 Sekunden wurde eine Schöpfkammer mit Wasser gefüllt. Durch das Gewicht des gefüllten Wasserschöpfers wurde ein Auslöser heruntergedrückt. Dieser zog an einer Kette, die die Hemmung löste und das Rad um eine Kerbe vorrücken ließ, bevor die Sperre wieder einrastete.<ref>Joseph Needham, Ling Wang, Derek John de Solla Price: Heavenly clockwork: the great astronomical clocks of medieval China. 2. Auflage, 1986, Seite 9, Cambridge University Press, ISBN 0-521-32276-6, abgerufen am 22. Oktober 2009</ref> Eine in der Pekinger Nationalbibliothek aufbewahrte chinesische Handschrift aus dem Jahre 1090 n. Chr. berichtet von einer Wasseruhr, die Su Song für die Palastgärten in Kai-Feng erbaute. Die „Himmelsmaschine“, die im Jahr 1088 n. Chr. entstand, war insgesamt zehn Meter hoch. Die Verkleidung des zylinderförmigen Baus wies fünf Öffnungen auf, in denen Täfelchen sowie Figuren mit Zimbeln und Gongs die Zeit angezeigt haben. Der Mechanismus dieser Uhr funktionierte folgenderweise: Ein Rad von etwa vier Meter Durchmesser wurde von einem gleichmäßig fließenden Wasserstrahl so angetrieben, dass am Radumfang befestigte Behälter gefüllt wurden. Hatte ein Behälter ein bestimmtes Gewicht erreicht, so wurde durch eine Vorrichtung eine Hemmung so lange gelöst, bis der nächste Becher sich unter dem Wasserstrahl befand; danach wurde das Rad wieder arretiert. Dieser Reguliermechanismus nahm bereits die mechanischen Hemmungen vorweg, wie sie später in den Räderuhren verwirklicht wurden. Ein Hebelmechanismus bewegte die Figuren und Tafeln, welche die Zeit anzeigten.<ref name="NISTearliest"/> Diese Wasseruhr hatte den ersten bekannten endlos kraftübertragenden Kettenantrieb in der Uhrmacherei.<ref name="Tomczak"/> Diese Uhr stand ursprünglich in der Hauptstadt von Kai-Feng. Dort wurde sie von der Jin-Armee demontiert und in die Hauptstadt Yanjing (heute Peking) gebracht, wo sie nicht wieder zusammengesetzt werden konnte. Als Ergebnis wurde Su Songs Sohn So Xie bestellt, um ein Replikat zu erstellen.<ref name="Tomczak"/>

Die Glockentürme von Zhang Sixun und Su Song, im 10. und 11. Jahrhundert gebaut, waren die ersten Uhren mit einem Schlaguhrmechanismus. Dieser Mechanismus ermöglichte, unter Verwendung von Buchsen alle Stunde einen Schlagsound zu erzeugen.<ref>Joseph Needham (1986): Science and Civilization in China. Physics and Physical Technology, Volume 4, Part 2: Mechanical Engineering (Taipei: Caves Books, Ltd.), Seite 165</ref> Die erste Schlaguhr außerhalb Chinas war der Glockenturm in der Nähe der Umayyaden-Moschee in Damaskus. Sie wurde von dem arabischen Ingenieur al-Kaysarani im Jahre 1154 gebaut und kündigte die volle Stunde mit einem Glockenschlag an.<ref>Abdel Aziz al-Jaraki (2007) When Ridhwan al-Sa’ati Anteceded Big Ben by More than Six Centuries. Foundation for Science Technology and Civilisation</ref>

Die erste mit einem Getriebe versehene Uhr wurde im 11. Jahrhundert von dem arabischen Ingenieur Ibn Khalaf al-Muradi im islamischen Iberia erfunden. Es war eine Wasseruhr, die mit Bereichs- und Planetengetriebe arbeitete.<ref name="Hassan"/> Andere monumentale Wasseruhren mit komplexen Getriebezügen und Bereichen von Automaten wurden von muslimischen Ingenieuren gebaut.<ref name="Hill794"/> Wie die Griechen und Chinesen so bauten auch arabische Ingenieure Wasseruhren mit einer durch Flüssigkeit angetriebenen Hemmung. Schwere Schwimmer wurden als Gewichte verwendet. Das konstante Kopfsystem der Uhr wurde mit einem Hemmungsmechanismus eingesetzt. Diese hydraulische Steuerung wird noch heute verwendet, um schwere Lasten langsam und stetig zu heben.<ref name="Hill794"/>

Die Wasseruhr galt über Jahrhunderte als königliches Geschenk. Schon 507 n. Chr. schenkte Theoderich, der damalige Regent über Italien, dem Burgunderkönig Sigmund eine Schatten- und eine Wasseruhr. In Bagdad hatte die mohammedanische Kultur ihren Scheitelpunkt erreicht, als der Kalif Hārūn ar-Raschīd Karl dem Großen zu seiner Krönung als Geschenk eine Wasseruhr aus Erz mit damasziertem Gold überreichte. Es war die prachtvollste Wasseruhr mit Automaten und Glockenspiel, die je bekannt wurde.<ref>Die Geschichte der Zeitmessung abgerufen am 22. Oktober 2009</ref><ref>Geschichte der antiken Uhren abgerufen am 22. Oktober 2009</ref>

Quecksilberuhren

Im Jahr 1277 wurde in den Libros del saber de Astronomia, einem spanischen Werk, bestehend aus wissenschaftlichen Übersetzungen von arabischen und jüdischen Texten, erstmals eine Quecksilberuhr beschrieben. Diese Quecksilberuhr besaß bereits die wesentlichen Merkmale einer mechanischen Uhr. Sie wurde von Gewichten angetrieben. Dabei bewegte ein Seil eine Trommel, die Quecksilber enthielt. Quecksilber ist ein zähflüssiger Stoff, dessen träge Eigenschaft als Hemmung genutzt wurde. Die sich drehende Trommel war durch eingebaute perforierte Bleche in Sektoren geteilt. Bei der sich drehenden Trommel floss das Quecksilber von einer Kammer durch die Perforation in die nächste Kammer. Aufgrund seiner Trägheit bremste es die Drehbewegung der Trommel ab. Durch geeignete Anpassung der treibenden Gewichte machte die Trommel in vier Stunden eine Umdrehung. Durch eine Untersetzung im Verhältnis 6:1 wurde erreicht, das die Trommel eine Umdrehung in 24 Stunden zurücklegte. Somit konnte die Zeit sowie andere astronomische Daten direkt auf der Anzeigeplatte abgelesen werden.<ref>A.A. Mills: The mercury clock of the Libros del Saber. In: Annals of Science. 45, 1988, S. 329–344, doi:10.1080/00033798800200271.</ref>

Feueruhren

Ein Stab, der mit Pech und Sägemehl beschichtet war, wurde auf eine ganz bestimmte Länge abgeschnitten. Kleine Metallkugeln waren in regelmäßigen Abständen an dem Stab mit Fäden befestigt. Der Stab ragte über einen Gong. Wenn der Stab nun bei Sonnenaufgang angezündet wurde, fraß sich die Flamme den Stab entlang.

Dabei brannte sie die Fäden ab, an denen die Metallkugeln hingen. Die fielen hinunter auf den Gong, schlugen ihn an und die Menschen konnten hören, dass wieder eine Zeiteinheit vergangen war.

Kerzenuhren

Es ist nicht bekannt, wo und wann Kerzenuhren zuerst verwendet wurden, ihre älteste Erwähnung stammt von einem chinesischen Gedicht, das im Jahre 520 n. Chr. von Jianfu geschrieben wurde. Dem Gedicht nach war die Kerze ein Mittel zur Bestimmung der Nachtzeit. Ähnliche Kerzen wurden auch in Japan bis zum Beginn des 10. Jahrhunderts verwendet.<ref>Keith Flamer (2006): History of Time. International Watch Magazine, abgerufen am 9. Oktober 2009</ref> In der Geschichtsschreibung wurde erwähnt, dass König Alfred der Große von England im 9. Jahrhundert in Europa die Kerzenuhr erfand. Sie bestand aus sechs Wachskerzen, die 30 Zentimeter hoch und eine gleichmäßige Dicke von 2,5 Zentimeter hatten. Die Brenndauer einer Wachskerze betrug vier Stunden. Sein Chronist überlieferte, dass er exakt acht Stunden für seine öffentlichen Pflichten, acht Stunden für das Studieren, Essen und Schlafen sowie acht Stunden für das Gebet aufbrachte. Um seinen strukturierten Tagesablauf durchhalten zu können, benötigte er täglich sechs Wachskerzen, welche er in einer Laterne aufbewahrte, um die Gleichmäßigkeit des Abbrennens zu optimieren.<ref>Clockworks: Candle clock Encyclopædia Britannica, abgerufen am 16. Oktober 2009</ref>

Die modernsten Kerzenuhren ihrer Zeit waren diejenigen von Al-Jazari im Jahr 1206. Eine seiner Kerzenuhren enthielt ein Zifferblatt mit Zeitanzeige, die zum ersten Mal durch einen Bajonettverschluss gehalten wurde. Dieser Befestigungsmechanismus wurde noch in der Neuzeit verwendet.<ref>Ancient Discoveries, Episode 12: Machines of the East, History Channel</ref> Donald Routledge Hill beschrieb die Al-Jazari-Kerzenuhren folgenderweise:

Die Kerze, deren Abbrenngeschwindigkeit bekannt war, trug an der Unterseite der Kappe ein Loch, durch den der Docht geführt wurde. Das abgebrannte Wachs wurde in dem Einzug gesammelt und konnte periodisch entfernt werden, so dass es nicht mit der ständig brennenden Kerze in Berührung kam. Der untere Teil der Kerze lag in einer flachen Schale, die mit einem Ring an ihrer Seite über Rollen mit einem Gegengewicht verbunden war. Durch den Abbrand der Kerze schob sich das Gewicht mit einer konstanten Geschwindigkeit nach oben. Die Zeitanzeige wurde von der Schüssel an der Unterseite der Kerze betrieben.<ref>Donald Routledge Hill: Mechanical Engineering in the Medieval Near East. Scientific American, Mai 1991, Seite 64–69, cf. Donald Routledge Hill, Mechanical Engineering abgerufen am 17. Oktober 2009</ref>

Öllampenuhren

Eine Variation der frühen Zeitmessgeräte waren auch die Öllampenuhren. Diese bestanden aus einem abgestuften Glasraum, der mit einer senkrechten Skala versehen war. Dieser Glasraum diente als Vorratsbehälter für die Brennstoffversorgung der seitlich vom Vorratsbehälter eingebauten Lampe. Als Brennstoff diente Öl oder Tran. In der Regel wurde Tran verwendet, weil es sauberer und gleichmäßiger verbrannte als Öl. Durch den Brennstoffverbrauch der Lampe sank der Öl- oder Transpiegel im Glasreservoir, wodurch auf der Skala die Zeit abgelesen wurde. Mit der Öllampenuhr war in der Nacht eine grobe Zeitmessung möglich.<ref name="phaenomen.de"/>

Räucherstäbchenuhren

Im Fernen Osten wurden – neben Wasseruhren, mechanischen Uhren und Kerzenuhren – auch Weihrauchuhren in den verschiedensten Formen eingesetzt.<ref>E. G. Richards (1998): Mapping Time: The Calendar and its History. Oxford University Press, Oxford, Seite 52, ISBN 0-19-850413-6</ref> Räucherstäbchenuhren wurden um das 6. Jahrhundert zunächst in China verwendet. In Japan werden die Weihrauchuhren immer noch in der Shōsōin (Schatzkammer der japanischen Kaiser) benutzt,<ref>Catherine Pagani (2001): Eastern Magnificence and European Ingenuity: Clocks of Late Imperial China. University of Michigan Press, Seite 209, ISBN 0-472-11208-2, abgerufen am 14. Oktober 2009</ref> obwohl die Schriftzeichen nicht chinesisch, sondern Devanagari sind.<ref name="Schafer160-161"/> Aufgrund ihrer häufigen Verwendung von Devanagari-Zeichen und ihres Einsatzes in den buddhistischen Zeremonien spekuliert Edward H. Schäfer, dass Weihrauchuhren in Indien erfunden wurden.<ref name="Schafer160-161"/> Obwohl ähnlich wie die Kerzenuhr, verbrannte die Weihrauchuhr gleichmäßig und ohne Flamme, deshalb war sie für die Verwendung im Innenbereich genauer und sicherer.<ref>Edward Chang, Yung-Hsiang Lu (Dezember 1996): Visualizing Video Streams using Sand Glass Metaphor. Stanford University, abgerufen am 3. Oktober 2009</ref>

Es wurden verschiedene Typen von Weihrauchuhren gefunden; die häufigsten Formen sind die Räucherstäbchen und Weihrauch-Siegel.<ref name="Fraser55-56"/><ref name="msiIncense"/> Ein Typ der Räucherstäbchenuhr wurde mit kalibrierten Räucherstäbchen bestückt,<ref name="msiIncense"/> wieder andere hatten einen aufwendigen Mechanismus. Zum Beispiel wurden Gewichte in gleichmäßigen Abständen mit einem Faden angebracht. Durch das Abbrennen des Räucherstäbchens fiel das Gewicht nach einer gewissen Zeit auf einen Gong. Einige Weihrauchuhren wurden in eleganten Schalen eingebaut, in der durch eine offene Bodenplatte die Gewichte in ein dekoratives Fach fielen.<ref>Joel Levy (2002): Really Useful: The Origin of Everyday Things. Firefly Books, Seite 18, ISBN 1-55297-622-X, abgerufen am 11. Oktober 2009</ref><ref>Asian Gallery – Incense Clock National Watch and Clock Museum, abgerufen am 8. Oktober 2009</ref> Es gab Räucherstäbchen mit unterschiedlichen Düften, so dass die Stunden durch eine Änderung der Duftnote gekennzeichnet wurden.<ref>E. G. Richards (1998): Mapping Time: The Calendar and its History. Oxford University Press, Oxford, Seite 130, ISBN 0-19-850413-6, abgerufen am 10. Oktober 2009</ref> Die Räucherstäbchen wurden in Stabform oder als Spiralen verwendet. Die Spiralform wurde oft auf den Dächern der Häuser und Tempel aufgehängt und hatten eine längere Brenndauer gegenüber den Stäben.<ref>Hazel Rossotti (2002): Fire: Servant, Scourge, and Enigma. Dover Publications, Seite 157, ISBN 0-486-42261-5, abgerufen am 19. Oktober 2009</ref> Bis 1924 waren Räucherstäbchen eine besondere Art von Zeitmesser, die ausschließlich in japanischen Geisha-Häusern (Okiya) verwendet wurden. Die Geisha wurde nach Anzahl der abgebrannten Senkodokei (Räucherstäbchen gegen Entgelt) für ihre Unterhaltung bezahlt.<ref>Silvio Bedini (1994): The Trail of Time: Shih-chien Ti Tsu-chi : Time Measurement with Incense in East Asia. Cambridge University Press, Seite 183, ISBN 0-521-37482-0 abgerufen am 7. Oktober 2009</ref> Räucherstäbchen-Siegeluhren wurden für offizielle Anlässe und Veranstaltungen verwendet und waren für religiöse Zwecke von primärer Bedeutung. Das Siegel wurde aus Holz oder einer Steinplatte, die mit einer oder mehreren Nuten versehen war, geätzt. Sie wurde mit Weihrauch bestückt und überwiegend von den chinesischen Gelehrten und Intellektuellen benutzt.<ref name="Fraser55-56"/><ref>Silvio A. Bedini (1963): The Scent of Time. A Study of the Use of Fire and Incense for Time Measurement in Oriental Countries Transactions of the American Philosophical Society (Philadelphia, Pennsylvania: American Philosophical Society) 53 (5): Seite 103–104, abgerufen am 14. Oktober 2009</ref> Diese Uhren waren in China üblich, sie wurden in geringerer Anzahl auch in Japan hergestellt.<ref>Julius Fraser (1990): Of Time, Passion, and Knowledge: Reflections on the Strategy of Existence Princeton University Press, Seite 52, abgerufen am 7. Oktober 2009</ref><ref>Silvio A. Bedini (1963): The Scent of Time. A Study of the Use of Fire and Incense for Time Measurement in Oriental Countries. Transactions of the American Philosophical Society (Philadelphia, Pennsylvania: American Philosophical Society) 53 (5): Seite 187, abgerufen am 14. Oktober 2009</ref> Um den Übergang von einer bestimmten Stunde zu markieren, wurden verschiedene Harze oder duftende Räucherstäbchen sowie Weihrauchpulver auf die Uhrenfläche aufgebracht. Dadurch entstand eine Vielfalt von Weihrauchuhren, je nach der verwendeten Duftnote.<ref>Silvio A. Bedini (1963): The Scent of Time. A Study of the Use of Fire and Incense for Time Measurement in Oriental Countries. Transactions of the American Philosophical Society (Philadelphia, Pennsylvania: American Philosophical Society) 53 (5): Seite 1–51, abgerufen am 14. Oktober 2009</ref> Die Länge der Weihrauchstrecke bestimmte unmittelbar die Brenndauer der Uhr. Es gab Weihrauchuhren für kurze Zeiträume und solche, die zwischen zwölf Stunden und einem Monat brannten.<ref>Silvio Bedini (1994): The Trail of Time: Shih-chien Ti Tsu-chi: Time Measurement with Incense in East Asia. Cambridge University Press, Seite 105, ISBN 0-521-37482-0 abgerufen am 7. Oktober 2009</ref><ref>J. A. Fraser (1987): Time, The Familiar Stranger Amherst: University of Massachusetts Press, Seite 52, ISBN 0-87023-576-1, abgerufen am 15. Oktober 2009</ref><ref>J. A. Fraser (1987): Time, The Familiar Stranger Amherst: University of Massachusetts Press, Seite 56, ISBN 0-87023-576-1, abgerufen am 15. Oktober 2009</ref>

Während anfangs die Weihrauchhalter noch aus Holz oder Stein gebaut wurden, führten die Chinesen schrittweise die Metallplatten ein. Dies ermöglichte Handwerkern, die Weihrauchuhren leichter herzustellen und besser auszuschmücken. Ein weiterer Vorteil war die Möglichkeit, die Pfade der Nuten zu variieren, um eine Nutzung für die verändernde Länge der Tage im Jahr zu ermöglichen. Als kleinere Halterungen verfügbar wurden, wuchs die Uhr in der Popularität bei den Chinesen und wurde oft als Geschenk vergeben.<ref>Silvio Bedini (1994): The Trail of Time: Shih-chien Ti Tsu-chi: Time Measurement with Incense in East Asia. Cambridge University Press, Seite 104–106, ISBN 0-521-37482-0, abgerufen am 7. Oktober 2009</ref> Räucherstäbchen-Siegeluhren werden oft von heutigen Uhrensammlern gesucht, aber es sind nur wenige verfügbar, entweder sie sind bereits verkauft worden oder sind im Besitz von Museen oder Tempeln.<ref>Silvio Bedini (1994): The Trail of Time: Shih-chien Ti Tsu-chi: Time Measurement with Incense in East Asia. Cambridge University Press, Seite 187, ISBN 0-521-37482-0 abgerufen am 7. Oktober 2009</ref>

Astronomische Uhren

Ein Astrolabium war ein wissenschaftliches Gerät und wurde von den Muslimen zur Festsetzung der Gebetszeit, für einfache Vermessungszwecke und zur Navigation gebraucht. Es lieferte bis ins 17. Jahrhundert den arabischen und europäischen Astronomen unter anderem die genaue Zeit. Das Astrolabium bestand aus einem Ring, in dem eine Scheibe mit drehbarem Radius aufgehängt war. Zeitgenössische muslimische Astronomen benutzten eine Vielzahl von sehr genauen astronomischen Uhren für den Einsatz in ihren Moscheen und Observatorien,<ref>K. Ajram (1992): "Appendix B", Miracle of Islamic Science. Knowledge House Publishers, ISBN 0-911119-43-4</ref> wie die wasserangetriebene astronomische Uhr von Al-Jazari aus dem Jahr 1206<ref>Donald R. Hill (Mai 1991): Mechanical Engineering in the Medieval Near East. Scientific American, Seite 64–69</ref><ref>Donald R. Hill: Mechanical Engineering. abgerufen am 11. Oktober 2009</ref> und die astronomische Uhr von Ibn al-Shatir im frühen 14. Jahrhundert.<ref>David A. King: The Astronomy of the Mamluks. In: Isis. 74, 1983, S. 531, doi:10.1086/353360.</ref> Die modernsten Astrolabien zur Zeitnahme waren die ausgerichteten Astrolabien von Al-Biruni im 11. Jahrhundert und von Muhammad ibn Abi Bakr im 13. Jahrhundert. Diese wurden als Zeitmessgeräte und als Kalender verwendet.<ref name="Hassan"/> Al-Jazaris Schlossuhr von 1206 war die modernste wasserangetriebene astronomische Uhr. Sie gilt als frühes Beispiel für einen programmierbaren Analog-Computer.<ref name="Ancient11"/> Diese Uhr war ein komplexes Gerät, das etwa 11 Meter hoch war und mehrere Funktionen neben der Zeitmessung hatte. Sie enthielt eine Darstellung des Tierkreises und der Solar- und Mondbahnen und besaß einen als Mondsichel geformten Zeiger. Dieser Zeiger fuhr mit seiner Spitze über ein Tor, das automatisch jede Stunde geöffnet wurde und eine Figur hervortreten ließ.<ref>Donald Routledge Hill: Scientific American. Mai 1991, Seite 64–69, Donald Routledge Hill, Mechanical Engineering</ref><ref>Howard R. Turner (1997) Mechanical Engineering in the Medieval Near East Science in Medieval Islam: An Illustrated Introduction, Seite 184, University of Texas Press, ISBN 0-292-78149-0, abgerufen am 17. Oktober 2009</ref> Die Länge der Tage und Nächte konnten entsprechend den Jahreszeiten neu programmiert werden. In der Front standen fünf Musikerfiguren, die durch eine versteckte Nockenwelle mit einem Hebel verbunden waren. Dieser Hebel wurde durch das drehende Wasserrad verschoben, wodurch zu einer bestimmten Zeit automatisch Musik abgespielt wurde.<ref name="Ancient11"/> Weitere Bestandteile der Schlossuhr waren: Ein Vorratsbehälter mit Schwimmereinrichtung, eine Schwimmerkammer und ein Durchflussregler sowie zwei Automaten, aus denen Kugeln in Vasen fielen, um als Weckervorrichtung zu dienen.<ref>Salim Al-Hassani (13 March 2008) How it Works: Mechanism of the Castle Clock FSTC, abgerufen am 10. Oktober 2009</ref>

Moderne Zeitmessgeräte

Moderne Geräte antiken Ursprungs

Bei Sonnenuhren wird der Schatten eines punktförmigen Körpers (Nodus) auf einem Zifferblatt abgelesen. Bei den in der Antike verwendeten temporalen Tagesstunden ist die Länge von der Jahreszeit abhängig. Man teilte den Tag in zwei Teile zu zwölf Stunden: den Lichttag, der von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang geht, und die Nacht vom Sonnenuntergang bis Sonnenaufgang. Im Sommer waren die Tagstunden länger als die Nachtstunden, im Winter war es umgekehrt. Die Idee, Stunden von gleicher Länge das ganze Jahr über zu verwenden, wurde im Jahr 1371 von Abul-Hasan Ibn al-Shatir angewandt. Seine Idee basierte auf früheren Entwicklungen in der Trigonometrie von Muhammad ibn al-Dschabir al-Harrānī Battani (Albategni), der als Ibn al-Shatir bekannt war. Der Gnomon (Schattenzeiger) wurde parallel mit der Erdachse ausgerichtet, dadurch zeigten die Stundenlinien an jedem Tag des Jahres die gleiche Zeit an. Seine Sonnenuhr ist die älteste noch vorhandene Sonnenuhr, die nach der Erdachse ausgerichtet ist. Dieses Konzept wurde in den westlichen Sonnenuhren ab dem Jahr 1446 angewendet.<ref>History of the sundial National Maritime Museum, abgerufen am 14. Oktober 2009</ref><ref>Lawrence Jones (Dezember 2005): The Sundial And Geometry. North American Sundial Society 12 (4)</ref>

Nach der Annahme des Heliozentrismus und gleicher Stunden sowie Fortschritten in der Trigonometrie wurden Sonnenuhren in ihrer jetzigen Form in der Renaissance in großer Anzahl gebaut.<ref>Margaret W. Mayall, R. Newton Mayall (2002): Sundials: Their Construction and Use. Dover Publications, New York, Seite 17, ISBN 0-486-41146-X</ref> Im Jahre 1524 baute der französische Astronom Oronce Finé eine Sonnenuhr aus Elfenbein, die heute noch existiert.<ref>J. J. O'Connor, E. F. Robertson: Fine biography. School of Mathematics and Statistics, University of St. Andrews, abgerufen am 7. Oktober 2009</ref> Im Jahre 1570 veröffentlichte der italienische Astronom Giovanni Padovani eine Abhandlung, einschließlich der Anweisungen für die Herstellung und Verlegung von Wandmalereien der vertikalen und horizontalen Sonnenuhren. Um das Jahr 1620 beschreibt auch Giuseppe Biancani in Constructio instrumenti ad horologia Solarien, wie Sonnenuhren zu konstruieren sind.<ref>(Latein) Bibliografia della Gnomonica (PDF; 2,3 MB), British Sundial Society, 1997, Seite 119, abgerufen am 15. Oktober 2009</ref> Während seiner Weltumseglung im Jahre 1522 verwendete der portugiesische Seefahrer Ferdinand Magellan auf jedem seiner Schiffe 18 Sanduhren.<ref>Laurence Bergreen (2003): Over the Edge of the World: Magellan's Terrifying Circumnavigation of the Globe. Morrow, New York, Seite 53, ISBN 0-06-621173-5, abgerufen am 17. Oktober 2009</ref> Da die Sanduhr eine der wenigen zuverlässigen Methoden zur Messung der Zeit auf See war, wird spekuliert, dass sie schon im 11. Jahrhundert an Bord von Schiffen als Hilfsmittel zur Navigation ergänzend eingesetzt wurde. Allerdings tauchen die frühesten Belege für ihre Verwendung in der Malerei im Jahre 1338 auf (Allegorie der Guten Regierung von Ambrogio Lorenzetti).<ref>Chiara Frugoni (1988): Pietro et Ambrogio Lorenzetti. Scala Books, New York, NY, Seite 83, ISBN 0-935748-80-6</ref> Sanduhren hatten als Prinzip wie heute noch den von einer oberen zu einer unteren Kammer durch eine Enge rinnenden Sand als Zeitmaß. Meist war die verrinnende Zeit auf eine halbe Stunde begrenzt. Vom 15. Jahrhundert an wurden Sanduhren in einem breiten Spektrum angewendet, hauptsächlich zum Messen kurzer Zeitspannen, etwa um als Kanzeluhr die Dauer einer Predigt festzulegen oder gar die Redezeit vor Gericht. In der Seefahrt bestimmten sie den Wachablauf in vier Stunden Wachen zu acht Glasen. Ein Schiffsjunge musste alle halbe Stunde die Sanduhr umdrehen. Auch in der Industrie und in der Küche fand die Sanduhr ihre Anwendung. Sie waren die ersten zuverlässigen, wieder verwendbaren, hinreichend genauen und leicht zu bauenden Zeitmessgeräte. Das Stundenglas wurde im Mittelalter als Symbol der verrinnenden Zeit und der Vergänglichkeit des Menschen betrachtet.<ref>Samuel L. Macey (1994): Encyclopedia of Time. Garland Pub, New York, Seite 209, ISBN 0-8153-0615-6, abgerufen am 18. Oktober 2009</ref> Zwar wurde das Stundenglas auch in China benutzt, aber seit wann es dort verwendet wurde, ist unbekannt.<ref>James Morris Blaut (2000): Eight Eurocentric Historians. Guildford Press, Seite 186, ISBN 1-57230-591-6, abgerufen am 10. Oktober 2009</ref>

Westeuropäische mechanische Uhren

Die frühesten mittelalterlichen europäischen Uhrmacher waren christliche Mönche.<ref>Harald Kleinschmidt: Understanding the Middle Ages Boydell & Brewer, 2000 Seite 26, ISBN 0-85115-770-X. abgerufen am 16. Oktober 2009</ref> Mittelalterliche Klöster und Lehranstalten benötigten Uhren, weil das tägliche Gebet und die Arbeitszeitpläne ausschließlich nach ihnen reguliert wurden. Dies wurde mit verschiedenen Arten der Zeitmessgeräte getan, wie der Sonnenuhr, der Wasseruhr oder der Kerzenuhr. Diese Uhrenarten wurden auch kombiniert benutzt.<ref name="NISTrevol"/><ref>Abbot Payson Usher (1988): A History of Mechanical Inventions. Courier Dover Publications, ISBN 0-486-25593-X</ref> Als mechanische Uhren verwendet wurden, mussten sie zweimal täglich nachgestellt werden, um die Genauigkeit sicherzustellen.<ref>Abbott Payson Usher (1929), A History of Mechanical Inventions. McGraw-Hill, New York, NY, Seite 194</ref> Wichtige Zeiten wurden durch Glockenzeichen oder durch eine mechanische Vorrichtung, wie ein fallendes Gewicht oder einen drehenden Klopfer, verkündet. Die Notwendigkeiten der Frömmigkeit und die technischen Fähigkeiten der mittelalterlichen Mönche waren entscheidende Faktoren in der Entwicklung der Uhren. Unter den Mönchen waren auch talentierte Uhrmacher. Im Jahre 996 n. Chr. wurde von dem zukünftigen Papst Sylvester II. die erste vermerkte Uhr in der Stadt Magdeburg errichtet. Peter Lightfoot, ein Mönch des 14. Jahrhunderts von Glastonbury, errichtete eine der ältesten Uhren, die noch im Wissenschafts-Museum in London zu besichtigen ist.<ref name="Woods36"/> Die Erwähnung von Uhren in den Schreiben des 11. Jahrhunderts deutet an, dass sie in Europa zu diesem Zeitraum weithin bekannt waren.<ref name="Reid4"/> Im frühen 14. Jahrhundert bezog sich der florentinische Dichter Dante Alighieri auf eine Uhr in seinem Paradiso, die den ersten literarischen Hinweis auf ein Stundenglockenwerk enthielt.<ref name="Reid4"/><ref>“Then, as a horologe that calleth us / What time the Bride of God is rising up.” „Paradiso – Canto X – Divine Comedy – Dante Alighieri – La Divina Commedia.“ abgerufen am 23. Oktober 2009</ref> Die früheste ausführliche Beschreibung des Uhrwerks wurde von Giovanni Da Dondi, Professor für Astronomie in Padua, in seiner Abhandlung des Jahres 1364 IL Tractatus Astrarii dargestellt.<ref name="Davies434"/> Dieses Uhrwerk wies einige moderne Repliken auf. Andere bemerkenswerte Beispiele in diesem Zeitraum wurden in Mailand (1335), in Straßburg (1354), in Lund (1380), in Rouen (1389) und in Prag (1410) aufgebaut.<ref name="Davies434"/>

Die Uhr der Salisbury-Kathedrale (Wiltshire, England) von 1386 ist die älteste Uhr in der Welt, die fast komplett aus Originalbauteilen besteht. Diese Uhr hat keinen Vorwahlknopf, da sie nur eine Glocke zu den exakten Zeiten anschlägt.<ref name="SalisburyFAQ"/> Die Räder und die Zahnräder wurden in einem geöffneten, kastenähnlichen Eisenrahmen von 1,20 Meter Seitenlänge angebracht. Der Rahmen wird mit Metalldübeln und -stöpseln zusammengehalten. Der Antrieb erfolgt durch die Schwerkraft zweier große Steine, die an einer Riemenscheibe aufgehängt sind. Während die Gewichte fallen, wickeln sich Seile von den hölzernen Fässern ab. Ein Fass treibt das Antriebsrad an, das durch die Hemmung reguliert wird, und das andere treibt den auffallenden Mechanismus und die pneumatische Bremse.<ref name="SalisburyFAQ"/> Peter Lightfoots Kathedralenuhr, erbaut 1390, funktioniert nach dem gleichen System.<ref>Wells Cathedral Clock – BBC British Broadcasting Corporation, abgerufen am 17. Oktober 2009</ref><ref>Catholic Encyclopedia: Glastonbury Abbey, Kevin Knight</ref> Durch Einstellung des Vorwahlknopfes wurde die Ansicht des mittelalterlichen Universums mit seiner Sonnen- und Mondbahn dargestellt, die um den zentral gelagerten Erdball rotieren. Über der Uhr sind Figuren aufgesetzt, die die Glocke schlagen, während sich alle 15 Minuten ein Satz Turnierritter auf einer Schiene drehen.<ref>Wells Cathedral History WellsCathedral.org.uk, abgerufen am 16. Oktober 2009</ref><ref name="sciencemuseumWells"/> Diese Uhr wurde im 17. Jahrhundert mit einem Pendel und einer Ankerhemmung umgerüstet. Sie wurde 1884 ins Londoner Wissenschafts-Museum gebracht, wo sie noch heute funktioniert.<ref name="sciencemuseumWells"/> Ähnliche astronomische Uhren können noch heute an den Kathedralen von Exeter, Ottery Saint Mary und am Wimborne Minster besichtigt werden.

Eine Uhr, die heute nicht mehr existiert, wurde im 14. Jahrhundert vom Abt Richard von Wallingford in der Abtei von Sankt Albans errichtet.<ref>Antonia Gransden (1996): Historic Writing in England. Routledge, Seite 122, ISBN 0-415-15125-2, abgerufen am 16. Oktober 2009</ref> Als Heinrich VIII. die Klöster auflöste, wurde diese Uhr zerstört, aber Aufzeichnungen ermöglichten eine komplette Rekonstruktion. Diese Uhr konnte neben der Zeit auch die Phasen von Sonne und Mond sowie die Stellung der Sterne und der Planeten genau voraussagen. Eine Anzeige ermöglichte es, den aktuellen Stand der Gezeiten an der London Bridge abzulesen.<ref name="Burnett"/> Der Uhrmacher Giovanni de Dondi erstellte in den Jahren 1348 bis 1364 eine astronomische Uhr (Astrarium), die in den nächsten zwei Jahrhunderten aus technischer Sicht ihresgleichen suchte.<ref name="Woods36"/><ref>John David North (2006): God's Clockmaker: Richard of Wallingford and the Invention of Time. Hambledon & London, Seite 130, 1-85285-451-0</ref> Auch diese Uhr existiert heute nicht mehr, wurde aber nach vorliegenden Zeichnungen von Leonardo da Vinci sowie vor allem anhand exakter technischer Zeichnungen und Beschreibungen, die de Dondi während des Baus niederschrieb, nachgebaut. Im Gegensatz zu vielen anderen astronomischen Uhren hatte diese Uhr nur eine geringe Größe und war komplett aus Messing in 107 Einzelteilen gefertigt. De Dondis Uhr hatte sieben Flächen, die neben der Zeit auch die Positionen der Sonne, des Mondes und von fünf anderen Planeten sowie alle religiösen Festtage anzeigten. Die Genauigkeit und Vielseitigkeit dieses Werks war bis dahin unbekannt. Die Rekonstruktionen sind heute im National Museum of American History der Smithsonian Institution in Washington D. C., im Pariser Observatorium, im Science Museum in London und im Uhrenmuseum Beyer in Zürich zu sehen.<ref name="Burnett"/>

Das mittelalterliche Leben wurde durch eine Vielzahl von Glockenzeichen der Kirch- und Stadttürme geregelt. Gebetszeiten der Klöster, Öffnungszeiten von Stadttoren, Gerichts- und Marktzeiten und andere wichtige Zeiten wurden von den Türmern eingeläutet. Hierzu war eine zuverlässige Zeitanzeige erforderlich; eine Notwendigkeit, der die Sonnen- und Wasseruhren nicht genügten.<ref>John David North (2005): God's Clockmaker: Richard of Wallingford and the Invention of Time. Hambledon & London, Seite xv, ISBN 1-85285-451-0, abgerufen am 16. Oktober 2009</ref><ref>E. Watson (1979): The St. Albans Clock of Richard of Wallingford. Antiquarian Horology (Antiquarian Horological Society) 11 (6): Seite 372–384</ref>

Während im Mittelalter Uhren hauptsächlich für religiöse Zwecke benutzt wurden, setzte ab dem 15. Jahrhundert auch die Nutzung für die weltliche Zeitmessungen ein. In Dublin wurde die amtliche Zeitmessung zur lokalen Gewohnheit, bis 1466 stand eine allgemeine Uhr auf dem Stadtgericht- und Rathaus. Diese Uhr war die erste ihrer Art in Irland und hatte nur einen Stundenzeiger.<ref>Howard B. Clarke, Sarah Dent, Ruth Johnson (2002): Dublinia: The Story of Medieval Dublin. O'Brien, Dublin, Ireland, Seite 60, ISBN 0-86278-785-8</ref> Der zunehmende Prunk in den Schlössern führte zum Bau von großen Turmuhren. Aus dem Leeds Castle ist noch eine Turmuhr erhalten geblieben. Die aus dem Jahre 1435 stammende Uhr wurde mit Bildern der Kreuzigung Jesu sowie Bildern Marias und des heiligen Georg verziert.<ref>Frank Bottomley (1983): The Castle Explorer's Guide. Crown Publishers, New York, NY, Seite 34, ISBN 0-517-42172-0</ref>

Im Mittelalter wurden in vielen Glockentürmen Westeuropas mechanische Uhren verwendet. Die Turmuhr von Sankt Markus in Venedig wurde im Jahre 1493 von dem Uhrmacher Gian Carlo Rainieri aus Reggio Emilia zusammengebaut. Im Jahre 1497 formte Simone Campanato eine große Glocke, auch Marangona genannt, für den Glockenturm Sankt Markus. Diese Glocke wurde am 1. Dezember 1497 installiert und hatte einen Durchmesser von 1,27 Meter bei einer Höhe von 1,56 Meter. Der Beginn und das Ende eines Arbeitstages werden durch zwei mechanische Bronzestatuen von 2,60 Meter Höhe verkündet, die mit einem Hammer auf die Glocke schlagen. Im Jahre 1410 wurde von den beiden Uhrmachern Mikulas von Kadan und Jan Šindel die astronomische Uhr von Prag konstruiert. Sie setzt sich aus drei Hauptkomponenten zusammen: 1. dem astronomischen Zeiger, der die Position der Sonne und des Mondes im Himmel repräsentiert und weitere astronomische Details zeigt; 2. dem Uhrwerk, das „Der Gang der Apostel“ genannt wird und zu jeder vollen Stunde Figuren der Apostel und einige andere Skulpturen erscheinen lässt; sowie 3. dem Kalenderzeiger, der mit Medaillons die Monate anzeigt. Etwa um 1490 wurden die restlichen Zeiger von dem Uhrmacher Jan Růže hinzugefügt, und die Uhr erhielt ihr gotisches Design. Die astronomische Uhr von Prag war die dritte ihrer Art. Die erste wurde 1344 in Padua (Italien) hergestellt.<ref>Astronomische Uhr von Prag abgerufen am 24. Oktober 2009</ref><ref>Astronomische Uhr von Prag abgerufen am 24. Oktober 2009</ref>

Frühe mechanische Uhren verwendeten noch keine Minuten- und Sekundenanzeige. In einem Manuskript aus dem Jahr 1475 wird zum ersten Mal eine Minutenanzeige erwähnt.<ref name="Lankford529"/> Seit dem 15. Jahrhundert existierten in Deutschland Uhren mit Minuten- und Sekundenanzeige.<ref>History of mechanical inventions, Abbott Payson Usher, Courier Dover Publications, 1988, Seite 209, ISBN 0-486-25593-X</ref> Uhren mit Minuten- und Sekundenanzeige waren noch in der Minderheit und ihre Anzeigen waren ungenau. Erst mit der Entwicklung des Pendels wurde eine größere Genauigkeit der Anzeige möglich. Im 16. Jahrhundert benutzte der Astronom Tycho Brahe Uhren mit Minuten- und Sekundenanzeige, um stellare Positionen zu beobachten.<ref name="Lankford529"/>

Zwischen 1794 und 1795 forderte die französische Regierung die Einführung von dezimalen Uhren. Ein Tag wurde in zehn Stunden eingeteilt und die Stunde hatte 100 Minuten. Der Astronom und der Mathematiker Pierre-Simon Laplace und andere Intellektuelle änderten daraufhin die Uhreneinstellung auf Dezimalzeit.<ref>Ken Alder (2002): The Measure of All Things: The Seven-Year Odyssey and Hidden Error that Transformed the World. Little, Brown, London, Seite 149–150, ISBN 0-7432-1676-8</ref> Eine Uhr im Palais des Tuileries zeigte noch bis ins Jahr 1801 die Dezimalzeit an. Die Kosten, die mit der Ersetzung aller Uhren in Frankreich verbunden waren, verhinderten eine Verbreitung der Dezimaluhren. Weil dezimale Uhren statt den gewöhnlichen Staatsbürgern nur den Astronomen halfen, war es eine der unpopulärsten Änderungen, die mit dem metrischen System verbunden sind, und so wurde sie verworfen.<ref>Ken Alder (2002): The Measure of All Things: The Seven-Year Odyssey and Hidden Error that Transformed the World. Little, Brown, London, Seite 150–162, ISBN 0-7432-1676-8</ref>

Osmanische mechanische Uhren

Im Jahr 1565 beschrieb der osmanische Ingenieur Taqi al-Din in seinem Buch The Brightest Stars for the Construction of Mechanical Clocks (Al-Kawākib al-durriyya fī wadh' al-bankāmat al-dawriyya) eine durch Gewichte angetriebene mechanische Uhr. Diese hatte ein Foliot (deutsch: Waag, Balkenwaag oder Löffelwaag)<ref>Fritz von Osterhausen, Callweys Uhrenlexikon, Callwey, München 1999, ISBN 978-3-7667-1353-7</ref> mit Hemmung, Zahnräder, eine Weckeinrichtung sowie eine Darstellung der Mondphase.<ref>Ahmad Y al-Hassan & Donald R. Hill (1986): Islamic Technology. Cambridge, Seite 59, ISBN 0-521-42239-6</ref> Ähnlich wie die europäischen mechanischen Wecker des 15. Jahrhunderts wurde die Weckzeit durch Versetzung eines Stöpsels eingestellt.<ref>The Grove encyclopedia of decorative arts, Gordon Campbell, Bd. 1, Oxford University Press, 2006, Seite 249, ISBN 0-19-518948-5</ref><ref>Monastic Alarm Clocks, Italian entry, Clock Dictionary, abgerufen am 13. Oktober 2009</ref> Die Uhr hatte drei Anzeigen, für die Stunden, die Minuten und für die Gradzahl.<ref>Salim Al-Hassani (19. Juni 2008): The Astronomical Clock of Taqi Al-Din: Virtual Reconstruction FSTC, abgerufen am 13. Oktober 2009</ref> Taqi al-Din konstruierte später eine mechanische Uhr für das Istanbul-Observatorium, die er zur Beobachtung der Rektaszension nutzte. Die Rektaszension ist in der Astronomie der Winkel zwischen dem Längenkreis des Frühlingspunktes bis zum Längenkreis, über dem das beobachtete Objekt steht, auf der Äquatorebene gemessen. Sie ist die Entsprechung auf der (imaginären) Himmelskugel zur geographischen Länge auf der Erde. Diese Uhr hatte eine Stunden-, Minuten- sowie Sekundenanzeige. Jede Minute war in fünf Sekunden unterteilt. Dieses war eine wichtige Innovation in der praktischen Astronomie des 16. Jahrhunderts, da die mechanischen Uhren am Anfang des Jahrhunderts für astronomische Zwecke nicht genau genug waren.<ref>Sevim Tekeli (2008): Taqi al-Din Encyclopaedia of the History of Science, Technology, and Medicine in Non-Western Cultures, Springer, ISBN 978-1-4020-4559-2 (print), ISBN 978-1-4020-4425-0 (online), abgerufen am 17. Oktober 2009</ref>

Uhrenentwicklung in Japan

Mechanische Uhren aus Messing oder Eisen mit Spindelhemmung wurden in Japan im 16. Jahrhundert von jesuitischen Missionaren eingeführt. Sie gründeten in der Präfektur von Nagasaki eine Missionar-Schule, die Allgemein- wie Berufsbildung vermittelte. Dort lernten die Schüler den Bau von Uhren, Orgeln und astronomischen Geräten. Ab 1635 begann Japan, sich von ausländischem Einfluss abzuschotten (sakoku), auch Auslandsreisen wurden vom Tokugawa-Shogunat untersagt. Doch während sich das Land mehr und mehr von der Außenwelt isolierte, erlebte die japanische Uhrmacherei dreihundert Jahre lang eine Blütezeit. Die Residenzstadt Edo (das heutige Tokio) wurde zum Zentrum des japanischen Uhrenbaus. Bald darauf entstanden die ersten japanischen Zeitmesser, genannt Wadokei, die sich von westlichen Uhren darin unterschieden, dass sie bis in die zweite Hälfte des 19. Jahrhunderts Temporalstunden anzeigten. Für die Zeitmessung wurde jeder Tag nach Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang in eine Tageszeit und eine Nachtzeit aufgeteilt. Der Tag und die Nacht wurden jeweils in sechs Perioden unterteilt. Da die Länge von Tag und Nacht im Laufe des Jahres ständig variierte, änderten sich auch täglich die Längen dieser Perioden. Die Wadokei-Uhren mussten mit diesen täglichen Variationen zurechtkommen. Das funktionierte zufriedenstellend; spätere Versionen waren mit Weckwerken ausgerüstet. Die Wadokei-Uhren wurden bis 1872 hergestellt, als das japanische Kabinett mit der Einführung des Gregorianischen Kalenders gleichzeitig die Einführung der Äquinoktialstunden beschloss. Das alte japanische Zeitsystem wurde aufgegeben, die Wadokei-Uhren verloren ihren Nutzen, und die japanischen Uhrmacher bauten von da an Uhren nach dem westlichen System.<ref>Kazuyoshi Suzuki: Mite Tanoshimu Edo no Technology, dt. „Die Technologie von Edo“, Sūken Shuppan, Tokio 2006, ISBN 4-410-13886-3</ref>

Da es in Japan an Erfahrung mit Uhren für das neue Zeitsystem fehlte, wurden zunächst Uhren aus dem Westen importiert. Westliche Technologien wurden zunächst beim Bau von Wanduhren eingesetzt. Die komplexe japanische Technik fand ihren Höhepunkt 1850 in der „10.000-Jahre-Uhr“ von Tanaka Hisashige, dem späteren Gründer des Toshiba-Konzerns. Im Jahre 1881 gründete Hattori Kintarō ein Uhren- und Schmuckgeschäft (heute die Seiko-Gruppe) und später eine eigene Uhrenmanufaktur Seikōsha und gab damit den Startschuss für den Aufbau einer japanischen Uhrenindustrie. Seikōsha wurde eine der bedeutendsten Uhrenfabriken der Welt und ist an vielen technischen Entwicklungen wie etwa der Quarz-Werke maßgeblich beteiligt.<ref> Uhrenentwicklung in Japan abgerufen am 29. Oktober 2009</ref>

In den 1970er Jahren kam von Japan eine neue Armbanduhr auf den Markt, die kein mechanisches Uhrwerk hatte, sondern eine computerisierte Steuerung. Das Leistungsspektrum dieser Armbanduhr beinhaltete neben der genauen Zeitmessung auch Anzeigen für das Datum und den Wochentag und berücksichtigte auch die Schaltjahre.<ref>Geschichte der Armbanduhr abgerufen am 24. Oktober 2009</ref>

Uhrenarten

Uhren wurden für die unterschiedlichsten Verwendungen gebaut, sie reichen von den Armbanduhren bis zu den Atomuhren. In der ganzen Geschichte der Zeitmessgeräte nutzen Uhren eine Vielzahl von Energiequellen, wie die Sonne, das Wasser, die Schwerkraft, die Elektrizität einschließlich des Atoms.<ref name="NISTrevol"/><ref>Mechanical Timekeeping St. Edmundsbury Borough Council, abgerufen am 17. Oktober 2009</ref> Dem chinesischen Beamten Liang Lingzan und dem Mönch Yi Xing wird die Erfindung des mechanischen Uhrwerks zugeschrieben.<ref name="Schafer128"/><ref name="Davies434"/><ref>American Society of Mechanical Engineers (2002), Proceedings of the 2002 ASME Design Engineering Technical Conferences, American Society of Mechanical Engineers, ISBN 0-7918-3624-X</ref> Jedoch wurden mechanische Uhren erst ab dem 14. Jahrhundert in der westlichen Welt benutzt. Ab dem Jahr 1550 erreichte die Präzision der Uhrenmechanik ein beachtliches Niveau. Beflügelt durch den Zeitgeist der Renaissance entstanden mechanische Uhren mit Schlagwerken und mit astronomischen Angaben über Zeiträume von bis zu 20 Jahren. Jedoch mussten Gangdifferenzen von bis zu einer Stunde am Tag in Kauf genommen werden.<ref> Entwicklung der Räderuhren abgerufen am 23. Oktober 2009</ref>

Pendeluhren

Mit der Miniaturisierung der Uhren im 15. Jahrhundert und der Herstellung von persönlichen Uhren im 16. Jahrhundert wurden die Innovationen der mechanischen Uhren fortgeführt.<ref name="Davies434"/> 1581 stellte der berühmte Astronom und Physiker Galileo Galilei seine Pendeltheorie auf. Sie besagt, dass die Schwingungszeit eines Pendels kaum von der Schwingungsweite, sondern primär von seiner Länge bestimmt wird.<ref name="NISTrevol"/><ref name="DaviesE"/> Obgleich Galileo das Pendel studierte, konstruierte er nie eine Uhr nach diesem Prinzip. Die erste Pendeluhr wurde erst 1656 vom holländischen Wissenschafter Christiaan Huygens entworfen und gebaut. Frühe Versionen hatten eine Zeitabweichung von unter einer Minute pro Tag, die bald auf einige Sekunden verbessert wurde.<ref name="NISTrevol"/>

Im 17. und 18. Jahrhundert trugen auch die Jesuiten zur Entwicklung der Pendeluhr bei, da sie ein ungewöhnlich scharfes Verständnis für die Bedeutung von Genauigkeit hatten. So entwickelte der italienische Pater Giovanni Battista Riccioli ein genaues Ein-Sekunden-Pendel, das idealerweise 86.400 Schwingungen pro Tag erzeugte. Jesuiten spielten eine entscheidende Rolle in der Verbreitung wissenschaftlicher Ideen und arbeiteten mit zeitgenössischen Wissenschaftlern wie Huygens zusammen.<ref>Thomas Woods (2005): How the Catholic Church Built Western Civilization. Regnery Publishing, Washington D. C., United States, Seite 100–101, ISBN 0-89526-038-7</ref><ref>Thomas Woods (2005): How the Catholic Church Built Western Civilization. Regnery Publishing, Washington D. C., United States, Seite 103, ISBN 0-89526-038-7</ref>

Durch die Erfindung der Ankerhemmung im Jahr 1670 wurde erst die Entwicklung der modernen Pendeluhren ermöglicht.<ref>T. K. Derry (1993): A Short History of Technology: From the Earliest Times to A. D. 1900. Courier Dover Publications, Seite 293, ISBN 0-486-27472-1, abgerufen am 15. Oktober 2009</ref> Die vorherigen Langpendeluhren hatten die Spindelhemmung verwendet, was einen sehr großen Pendelausschlag von etwa 100 Grad erforderte (?). Um diesen großen Pendelausschlag zu verringern, verwendeten die meisten Pendeluhren mit Spindelhemmung ein kurzes Pendel. Diese kurzen Pendel hatten aber den Nachteil der ungenauen Zeitmessung, erforderten mehr Bewegungsenergie und verursachten mehr Friktion und Abnutzung als die Langpendel. Durch die Verwendung der Ankerhemmung konnte der Pendelausschlag auf vier bis sechs Grad verringert werden, wodurch wieder ein Langpendel verwendet werden konnte. Die meisten Pendeluhren waren so gebaut, das die Pendel auf ein Zeitintervall von einer Sekunde pro Pendelschwingung abgestimmt waren, wodurch die Länge des Pendels etwa einen Meter betrug. Bedingt durch die Pendellänge und den langen Fallraum der Antriebsgewichte mussten hohe und schmale Pendeluhren hergestellt werden.<ref>Marshall Brain: How Pendulum Clocks Work. HowStuffWorks, abgerufen am 15. Oktober 2009</ref>

Die Genauigkeit der astronomischen Zeitbestimmung erreichte mit Sekundenpendeln bereits im 18. Jahrhundert die Zehntelsekunde, was die Konstruktion temperaturkompensierter Pendelstangen anregte. Das um 1880 entwickelte Riefler-Pendel verbesserte die Zeitsysteme der Sternwarten noch weiter in den Bereich einiger 0,01 Sekunden und 1921 die Shortt-Uhr in die Millisekunden. Diese Präzisionspendeluhren dienten bis etwa 1960 als Basis der Zeitdienste (und wurden dann durch hochpräzise Quarzuhren und später Atomuhren ersetzt).

Da die Pendeluhren fix aufgestellt sein mussten, dienten als Arbeitsuhren am Fernrohr oft Marinechronometer. Die Synchronisation erfolgte zunächst durch elektrische Kontakte und später mittels Funktechnik oder Zeitsignalsendern.

Taschenuhren

Eine weitere technische Verfeinerung brachte die im Jahre 1676 von dem englischen Philosophen Robert Hooke erdachte rückführende Hakenhemmung, die besonders bei Standuhren verwendet worden ist. Diese Erfindung ermöglichte Christiaan Huygens, in die Gangregler der herkömmlichen Uhren eine Spiralfeder (Unruh) einzufügen, durch die sie eigenschwingungsfähig wurden.<ref name="DaviesE"/> Damit konnten die Störungen durch den ungleichmäßigen Antrieb und durch äußere Einwirkungen bei dem Tragen der Taschenuhren verringert werden, gleichzeitig wurde ein großer Fortschritt in der Genauigkeit der Taschenuhren erreicht. Huygens’ Beiträge zur Verbesserung der Zuverlässigkeit von Zeitmessern waren die entscheidende Voraussetzung für die serienmäßige Herstellung von Uhren.<ref name="NISTearliest"/><ref>Willis I. Milham (1945): Time and Timekeepers.MacMillan, New York, Seite 226, ISBN 0-7808-0008-7</ref>

Armbanduhren

1904 bat der Flugzeugführer Alberto Santos-Dumont seinen Freund Louis Cartier, einen französischen Uhrmacher, eine Uhr zu entwerfen, die ihm während seiner Flüge nützlich sein könnte.<ref>Bento Silva de Mattos: Alberto Santos-Dumont. American Institute of Aeronautics and Astronautics, abgerufen am 11. Oktober 2009</ref> Im Jahre 1868 wurde bereits von Patek Philippe eine Armbanduhr erfunden, doch diese war mehr als Schmuckstück für Damen vorgesehen. Da Taschenuhren für Piloten unpassend waren, stellte Louis Cartier die Santos-Armbanduhr her. Diese war die erste Armbanduhr für Herren, die für den praktischen Gebrauch bestimmt war und bis heute noch hergestellt wird.<ref>Dave Prochnow (2006): Lego Mindstorms NXT Hacker's Guide. McGraw-Hill, ISBN 0-07-148147-8</ref> Während des Ersten Weltkrieges gewann die Armbanduhr an Popularität. Da Armbanduhren im Kriegseinsatz bequemer als Taschenuhren waren, wurden sie besonders von Offizieren bevorzugt. Artillerie- und Infanterieoffiziere waren von ihren Uhren abhängig, da während der Kämpfe koordinierte Einsätze notwendig wurden. Im Ersten Weltkrieg entstand die so genannte Schützengrabenuhr. Bei dieser Uhr war das Glas durch ein Schutzgitter aus Stahl geschützt, um dem Glasbruch vorzubeugen. Damit das Ablesen der Uhrzeit so leicht wie möglich fiel, verfügten diese frühen Militäruhren über besonders große Stundenzahlen auf dem Zifferblatt und sehr große Zeiger, die zusätzlich mit einer Leuchtmasse aus Radium versehen waren, sodass die Soldaten die Uhrzeit auch bei Dunkelheit ablesen konnten.<ref>Anton Kreuzer: Armbanduhren: Geschichte, Technik und Design. Nikol Verlag (15. Juni 2005), ISBN 3-937872-14-0</ref><ref>Paul Hoffman (2004): Wings of Madness: Alberto Santos-Dumont and the Invention of Flight. Hyperion Press, ISBN 0-7868-8571-8</ref>

In den 1920er Jahren setzte sich das bereits um 1770 von Abraham-Louis Perrelet entwickelte Verfahren mit einer rotierenden Schwungmasse durch, welches den automatischen Aufzug einer Uhr ermöglichte. In der Zeit zwischen 1770 und Anfang des 20. Jahrhunderts konnte sich diese Technik nicht durchsetzen, da sie vor allem bei Taschenuhren eingesetzt wurde und diese nicht genügend bewegt wurden. Erst die Armbanduhr verhalf dem von Perrelet entwickelten Verfahren zum Durchbruch, da die Armbewegungen des Uhrenträgers ausreichten, um den automatischen Aufzug zu betätigen.<ref>Geschichte der Armbanduhren in den Jahren 1920-1940 abgerufen am 28. Oktober 2009</ref> Durch die geänderten Tragegewohnheiten der Armbanduhren mussten Stöße, Erschütterungen und auch Temperaturschwankungen bei der Fertigung berücksichtigt werden, um eine lange Lebensdauer der Armbanduhr gewährleisten zu können. Ein Pionier auf diesem Gebiet war der deutsche Uhrmacher Hans Wilsdorf, der schon zu Beginn des Jahrhunderts einige seiner Uhrenkreationen ganz besonderen Tests unterzog.<ref>Teil 5: Geschichte der Armbanduhr abgerufen am 28. Oktober 2009</ref> Eine entscheidende Neuerung im Bereich der Armbanduhren bedeutete in den 1930er Jahren die von Reinhard Straumann entwickelte Nivarox-Spirale. Sie bestand aus einer Speziallegierung, war von der Temperatur unabhängig, elastisch, unmagnetisch und rostfrei.<ref>Teil 4: Geschichte der Armbanduhr abgerufen am 29. Oktober 2009</ref> Im Jahre 1931 entwickelte ein Unternehmen im schweizerischen La Chaux-de-Fonds das so genannte Incabloc-System, bei dem Stöße und Schläge in eine gelenkte mechanische Bewegung umgewandelt wurden. Dieses System wird heute noch verwendet. Seit den 1950er Jahren stellt der deutsche Uhrmacher Helmut Sinn auch Armbanduhren für Blinde her.

Marine-Chronometer

Ein Marine-Chronometer ist ein präzises Zeitmessgerät, das bei der Seefahrt zum Feststellen der Längengrade und der astronomische Ortsbestimmungen benutzt wird. Marine-Chronometer wurden zuerst 1759 vom englischen Uhrmacher John Harrison entwickelt. Im Jahre 1761 gewinnt John Harrison den 1741 vom britischen Parlament ausgesetzten Preis von 20.000 Pfund Sterling für die Konstruktion eines Marine-Chronometers. Dieses Chronometer, H.4 genannt, erreichte bei stürmischer See auf der Fahrt nach Jamaika und zurück in fünf Monaten die Genauigkeit von 5,1 Sekunden Abweichung.<ref>Marine Chronometers Gallery National Association of Watch and Clock Collectors, abgerufen am 13. Oktober 2009</ref><ref>Marchildon, Jérôme Science News – The Marine Chronometer Manitoba Museum, abgerufen am 13. Oktober 2009</ref> Der Schweizer Uhrmacher Louis Berthoud (1753–1813) stellte ein Präzisions-Taschenchronometer her, das Alexander von Humboldt 1799 auf seinen Schiffsreisen testete. Mit diesem Marine-Chronometer konnte sehr genau eine Längenbestimmung durchgeführt werden. Humboldt konnte dadurch exakte Beschreibungen der Meeresströmungen machen und durch Vergleich mit der Schiffsversetzung durch diese konkreten Angaben deren Richtung und Stärke berechnen.<ref>Marine-Chronometer abgerufen am 17. Oktober 2009</ref><ref>Chronometers, precision watches, and timekeepers Greenwich: National Maritime Museum, abgerufen am 12. Oktober 2009</ref> Marine-Chronometer wurden auch nach dem Zweiten Weltkrieg im Bereich der Kriegsmarinen weiter eingesetzt. Der Niedergang der Chronometer kam erst in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts durch die Erfindung der Quarzuhr, deren Ganggenauigkeit gleich um drei Zehnerpotenzen besser wurde. Für die Chronometer als Navigationsinstrumente war damit kein Bedarf mehr vorhanden.

Moderne Chronometer

Chronometer sind besonders präzise mechanische Uhren, die früher zur Zeitbestimmung und zur Navigation in der See- und Luftfahrt benötigt wurden. Auch heute werden für Sammler und Liebhaber noch mechanische Chronometer hergestellt. Als offizielles Chronometer wird eine mechanische Uhr bezeichnet, wenn das Uhrwerk bestimmten Präzisionsstandards entspricht. Jedes einzelne Uhrwerk wird dabei einem genau definierten Test unterzogen und einzeln zertifiziert. Weltweit darf diese Prüfung nur durch das unabhängige Schweizer Observatorium Contrôle officiel suisse des chronomètres (COSC) durchgeführt werden.<ref>Reflecting on Time | COSC certified chronometer abgerufen am 13. Oktober 2009</ref> Jährlich werden über eine Million Chronometer geprüft und mit einer Seriennummer zertifiziert.<ref>Contrôle officiel suisse des chronomètres COSC, abgerufen am 8. Oktober 2009</ref>

Quarzuhren

Im Jahre 1880 wurden die piezoelektrischen Eigenschaften des kristallenen Quarzes durch Jacques und Pierre Curie entdeckt.<ref name="NISTrevol"/><ref>Pierre Curie American Institute of Physics, abgerufen am 10. Oktober 2009</ref> 1921 wurde der erste Quarz-Oszillator von Walter Guyton Cady gebaut. Warren Marrison und J. W. Horton bauten im Jahr 1927 an den Bell-Telefon-Labors in Kanada die erste Quarzuhr.<ref>W. A. Marrison, J. W. (Februar 1928): Precision determination of frequency. I. R. E. Proc. 16: Seite 137–154</ref><ref name="Marrison510-588"/> Die folgenden Dekaden sahen die Entwicklung der Quarzuhren als Präzisionszeit-Messvorrichtungen in den Laboratorien, ihr praktischer Gebrauch begrenzte sich auf die Kalibrierung der empfindlichen Zählelektronik. Erst 1932 wurde durch die deutschen Physiker Adolf Scheibe und Udo Adelsberger eine Quarzuhr entwickelt, die in der Lage war, kleine wöchentliche Schwankungen der Umdrehungsrate der Erde zu messen.<ref name="Marrison510-588"/> Mitte der 1930er Jahre wurde die Quarzuhr von dem deutschen Unternehmen Rohde & Schwarz zur Serienreife entwickelt und im Jahre 1938 weltweit als erste tragbare Quarzuhr hergestellt. 1969 produzierte das Unternehmen Seiko in Japan die erste Quarz-Armbanduhr, „Astron“ genannt, für den Massenmarkt.<ref>Electronic Quartz Wristwatch, 1969 IEEE History Center, abgerufen am 11. Oktober 2009</ref> Die „Astron“ hatte eine Batteriekapazität von einem Jahr, ihre Genauigkeit und die niedrigen Herstellungskosten haben die folgende starke Verbreitung der Quarz-Armbanduhren ergeben.<ref name="NISTrevol"/>

Digitaluhren

Bereits im 19. Jahrhundert wurde digitale Technik bei der Zeitmessung verwendet. Die bis dahin benutzten Anzeigevarianten, wie „Fallblätter“, „Scheiben“ oder „Walzen“ mit aufgedruckten Zahlen zur Zeitangabe, wurden durch Leuchtdioden („Light-emitting diodes“ – LED) und durch Flüssigkristallelemente (LCD) für die heutzutage verwendeten Digitaluhren ersetzt. Zur Darstellung der Zahlen werden üblicherweise die sogenannte Siebensegmentanzeige und die Matrixanzeige verwendet. Zur Funktion von LED-Anzeigen werden Treiberbausteine benötigt, die einzelne Leuchtdioden oder Siebensegmentanzeigen ansteuern. Die Anzeigedaten werden über ein serielles Dreidraht-Interface in den Baustein übertragen, außerdem kann ein Dekodiermodus zur komfortablen Ansteuerung von Siebensegmentanzeigen aktiviert werden. Zur Steuerung der Taktfrequenz der Digitaluhren werden hauptsächlich Schwingquarze verwendet.<ref name="gqGeschichte"/><ref>Digitaluhren abgerufen am 30. Oktober 2009</ref>

Das Schweizer Unternehmen Longines entwickelte 1972 den Prototyp einer Digitaluhr, „Clepsydre“ genannt, der mit einer Flüssigkristallelemente-Anzeige (LCD) ausgestattet war. Diese Uhr verbrauchte bis zu 30.000 Mal weniger Strom als die LED-Uhren und hatte durch die Verwendung von Quecksilberbatterien eine Funktionsdauer von mehr als einem Jahr. Durch den Preisverfall der LCD-Elemente machten japanische Uhrenhersteller aus der einstigen High-Technik ein billiges Massenprodukt. Zwar wurden in der Geschichte der Digitaluhr mit Zusatzoptionen wie Rechner, Datenbanken, Pulsmesser, Kamera, Kompass und TV-Empfang noch einige technische Finessen hervorgebracht, aber die Zeit der Digitaluhren war vorüber.<ref name="gqGeschichte"/><ref>Moderne Digitaluhren, abgerufen am 31. Oktober 2009.</ref>

Atomuhren

Atomuhren sind die genauesten bekannten Zeitmessvorrichtungen. Wegen ihrer Zeitabweichung von nur einigen Sekunden über viele Tausende von Jahren werden sie dazu benutzt, um andere Uhren und Zeitmessinstrumente zu kalibrieren. Entwickelt wurden die Grundlagen der Atomuhr vom US-amerikanischen Physiker Isidor Isaac Rabi an der Columbia University, der dafür 1944 den Nobelpreis für Physik erhielt.<ref>Fritz von Osterhausen: Callweys Uhrenlexikon, Callwey, München 1999, Seite 24, ISBN 978-3-7667-1353-7.</ref> Die erste Atomuhr wurde 1949 erfunden und steht in der Smithsonian Institution (größter Museumskomplex der Welt).<ref>Stephen Dick (2002): Sky and Ocean Joined: The U.S. Naval Observatory, 1830–2000. Cambridge University Press, Seite 484, ISBN 0-521-81599-1, abgerufen am 14. Oktober 2009</ref> Sie basierte auf der Absorptionslinie im Ammoniakmolekül,<ref>Time and Frequency Division National Institute of Standards and Technology, abgerufen am 14. Oktober 2009</ref> doch die meisten Atomuhren basieren heute auf der eigenen Drehbeschleunigung des Caesiumatoms.<ref>What is a Cesium Atomic Clock? National Research Council Canada, abgerufen am 12. Oktober 2009</ref> Das Internationale Einheitensystem standardisierte 1967 zum zweiten Mal seine Maßeinheit der Zeit, beruhend auf den Eigenschaften des Isotops Cs-133. Aufgrund der hervorragenden Gangergebnisse dieser Uhren wurde die Atomzeit als internationaler Standard für die Sekunde definiert.<ref name="NISTatomic"/> Eine Anwendung sind Caesium-Atomuhren, bei denen die Schwingung des Caesiumatoms als sehr genauer Zeitmesser verwendet wird. Atomuhren arbeiten auch mit anderen Elementen, wie Wasserstoff- und Rubidiumdampf. Die Wasserstoff-Atomuhr hat große Vorteile gegenüber der Rubidiumuhr, wie größere Stabilität, kleine Baugröße, geringe Leistungsaufnahme und folglich ist sie preiswerter.<ref name="NISTatomic"/>

Forscher am National Institute of Standards and Technology (NIST) in Boulder (USA) entwickelten die optischen Atomuhren. Diese gelten als Nachfolger der 50 Jahre alten Caesiumuhren, die auf der ganzen Welt die Zeit vorgeben. Die Quecksilber-Atomuhr wurde erstmals im Jahr 2000 vorgestellt und seitdem kontinuierlich verbessert. Diese optische Atomuhr nutzt die schnellen Schwingungen eines Quecksilber-Ions, das in einer ultrakalten Magnetfalle sitzt. Das angeregte Quecksilber-Ion sendet einen Lichtimpuls mit der Frequenz von mehr als eine Billiarde Schwingungen pro Sekunde aus.<ref> Scinexx Wissenmagazin (Beitrag von Universität Innsbruck am 7. März 2008), abgerufen am 30. Oktober 2009</ref> Die zweite optische Atomuhr arbeitet mit einem Aluminium-Ion. Da sie kaum von elektrischen und magnetischen Feldern sowie Temperaturschwankungen beeinflusst wird, hat sie eine große Ganggenauigkeit. Die Caesium-Atomuhr hat eine Ganggenauigkeit von einer Femtosekunde, das sind 15 Dezimalstellen hinter dem Komma. Bei den Experimenten am National Institute of Standards and Technology (NIST) konnte die Zeit der optischen Atomuhren auf wenige Attosekunden (17 Dezimalstellen hinter dem Komma) genau gemessen werden. Diese Experimente beweisen, dass sowohl die Quecksilber-Atomuhr als auch die neu entwickelte Aluminium-Ionenuhr um den Faktor zehn genauer sind als die besten Atomuhren der Welt auf Caesiumbasis.<ref> Neuer Weltrekord in der Zeitmessung Spiegel Online vom 8. März 2008, abgerufen am 30. Oktober 2009</ref><ref> Optische Atomuhren abgerufen am 29. Oktober 2009</ref>

Funkuhren

Eine Funkuhr ist ein Taktgeber, der durch einen Bitstrom des Zeitcodes synchronisiert wird und durch einen Signalübermittler übertragen wird, der an eine Zeitvorgabe wie einer Atomuhr angeschlossen wird. Dieses Verfahren der Zeitübermittlung per Funk wurde 1967 bei dem Unternehmen Telefunken erfunden und zum Patent angemeldet. Eine Funkuhr kann mit nationalen oder regionalen Signalübermittlern synchronisiert werden, oder sie nutzt einen Mehrfachsignalübermittler, wie das globale Positionsbestimmungssystem. Funkuhren sind als Wanduhren und Armbanduhren seit den 1980er Jahren in Europa weit verbreitet.

Global Positioning System

Das globale Positionsbestimmungssystem (GPS), in der Koordination mit dem Network Time Protocol, ist ein Funknavigationssystem, das benutzt wird, um Zeitmessungssysteme über den Erdball zu synchronisieren.<ref name="britannicaGPS"/> Das GPS wurde durch das US-Verteidigungsministerium entwickelt, um konstante Allwetter-Navigationsfähigkeiten für Heer, Marine und Luftwaffe zur Verfügung zu stellen.<ref>Program Global Positioning System (GPS) Mission and Spacecraft Library, abgerufen am 18. Oktober 2009</ref> Zwischen dem 22. Februar 1978 und dem 9. Oktober 1985 wurde die erste Generation von 24 Satelliten, die das globale Positionsbestimmungssystem bilden, vom Luftwaffenstützpunkt Vandenberg in Kalifornien gestartet. Im Jahr 1983, nachdem Korean Air Lines Flight 007 bei Überschreiten des sowjetischen Luftraums abgeschossen wurde, gab Präsident Ronald Reagan eine Richtlinie heraus, die eine freie gewerbliche Nutzung des GPS erlaubte, um weitere Navigationsstörfälle zu verhindern.<ref>United States GPS Technology America.gov., abgerufen am 19. Oktober 2009</ref> Die GPS-Zeit lässt sich nicht korrekt mit der Erdumdrehung zusammenbringen, dadurch berücksichtigt sie nicht Schaltsekunden oder andere Korrekturen, die regelmäßig an den Systemen wie der koordinierten Universalzeit (UTC) angewendet werden. Dies ist der Grund, warum die Verbindung der GPS-Zeit mit der UTC auseinandergelaufen ist. Die GPS-Zeit bleibt folglich an einem konstanten Versatz von 19 Sekunden von der internationalen Atomzeit (TAI) hängen. Die Satellitenuhren des GPS-Systems werden regelmäßig, um relativistische Effekte zu beheben, mit den Atomuhren auf der Erde synchronisiert. Seit dem Jahr 2007 beträgt der Zeitunterschied zwischen GPS-Zeit und UTC nur noch 14 Sekunden, die von der GPS-Navigation berücksichtigt werden. Empfänger subtrahieren diesen Versatz von der GPS-Zeit, somit lassen sich spezifische UTC-Zeitzonenwerte berechnen.<ref>Maurizio Battaglia: Introduction to GPS. Berkeley, abgerufen am 20. Oktober 2009</ref> In den Vereinigten Staaten wird das System Navstar-GPS durch 24 Satelliten aufrechterhalten, welche die Erde alle zwölf Stunden auf sechs Umlaufbahnen umkreisen. Russland lässt ein System laufen, das als GLONASS bekannt ist (globales Navigations-Satellitensystem). Im Jahr 2007 genehmigte die Europäische Gemeinschaft die Finanzierung für die Galileo-Navigationsanlage. Diese Navigationsanlage besteht aus 30 Satelliten, die bis zum Jahr 2013 einsatzbereit sein sollen. China hat zwei erdumkreisende Satelliten von den geplanten 35 Stück für seine Beidou-Navigationsanlage im All.<ref name="britannicaGPS"/>

Uhrmacherei

Die ersten Uhrmacher waren Grobschmiede, Kanonengießer, Schlosser, Gold- und Silberschmiede. Handwerker, die Uhren herstellen konnten, waren im Mittelalter Reisende, die von Stadt zu Stadt zogen und Aufträge übernahmen. Im Laufe der Jahre entwickelte sich das Uhrmacherhandwerk von einer fachkundigen Fertigkeit in eine Massenproduktionsindustrie. Paris und Blois waren die frühen Zentren der Uhrmacherei in Frankreich. Weitere Uhrmacherzentren waren in Deutschland Augsburg und Nürnberg, in der Schweiz Genf und in England London. Französische Uhrmacher wie Julien Le Roy von Versailles waren führend im Entwurf von dekorativen Uhren.<ref name="Davies435"/> Le Roy gehörte in der fünften Generation einer Familie von Uhrmachern an und wurde von seinen Zeitgenossen als der „talentierteste Uhrmacher Frankreichs“ beschrieben. Er erfand einen speziellen wiederholenden Mechanismus, der die Präzision der Uhren verbesserte. Er baute für Ludwig XV. zwei Uhren, deren Zifferblatt geöffnet werden konnte und somit das innere Uhrwerk sichtbar machte. Während seines Lebens fertigte er in seiner Werkstatt über 3500 Uhren an, das waren im Durchschnitt 100 Stück pro Jahr. Zum Vergleich: Andere Uhrmacher fertigten im Jahr etwa 30–50 Stück an. Die Konkurrenz und die wissenschaftliche Rivalität, die aus seinen Entdeckungen resultierten, regten Forscher weiter an, nach neuen Methoden der genauen Zeitmessung zu suchen.<ref>Julien Le Roy Getty Center, abgerufen am 14. Oktober 2009</ref>

In Deutschland waren Nürnberg und Augsburg die frühen Zentren der Uhrmacherei. Indes wurden in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts im Schwarzwald Lackschilduhren hergestellt. Lackschilduhren haben ihren Namen aufgrund ihres schildförmigen, bemalten und lackierten Zifferblattes, das alles andere überdeckt.<ref>Thelma Shull (1963): Victorian Antiques. C. E. Tuttle Co., Seite 65</ref> Der überwiegende Teil der Uhrmacher des 17. und 18. Jahrhunderts kam aus England. Die Schweiz gründete im 19. Jahrhundert ihr eigenes Zentrum der Uhrmacherei in Genf. Der Zufluss von Hugenotten-Handwerkern ermöglichte der Schweiz, Uhren maschinell zu fertigen, dadurch errang die Schweizer Industrie die weltweite Vorherrschaft in der Fertigung von hochwertigen maschinell hergestellten Uhren. Das führende Unternehmen in dieser Zeit war Patek Philippe. Gegründet wurde es durch Antoni Patek von Warschau und Adrien Philippe von Bern.<ref name="Davies435"/>

Literatur

• Anton Kreuzer: Armbanduhren: Geschichte, Technik und Design. Nikol, 2005, ISBN 3-937872-14-0.
• Peter Braun: Armbanduhren Spezial A. Lange und Söhne: Geschichte - Design - Technik. Heel, 3. Auflage, 2006, ISBN 3-89880-552-2.
• Cedric Jagger: Wunderwerk Uhr. Albatros, 1977, ISBN 0-600-34027-9.
• Jürgen Abeler: Eine Kulturgeschichte der Zeitmessung. Ullstein Uhren Buch Ullstein, Frankfurt am Main 1994, ISBN 978-3-550-06849-2.
• Georg Andrich: Die Uhren und ihre Konstruktionen. Reprint Edition, Libri Rari im Verlag Schäfer, Hannover 2002, ISBN 978-3-88746-447-9.
• Gerhard Dohrn-van Rossum: Die Geschichte der Stunde, Uhren und moderne Zeitordnungen. Anaconda Verlag, Köln 2007, ISBN 978-3-86647-139-9.
• Samuel Guye, Henri Michel: Uhren und Messinstrumente des 15. bis 19. Jahrhunderts. Orell Füssli, Zürich 1971.
• Peter Heuer, Klaus Maurice: Europäische Pendeluhren Dekorative Instrumente der Zeitmessung. Callwey, München 1988, ISBN 978-3-7667-0858-8.
• Anton Lübke: Uhren, Glocken, Glockenspiele. Müller, Villingen 1980, ISBN 3-920662-03-2.

Weblinks

• Phänomen Zeit: Geschichte und Technik der Uhr
• The History of Timekeeping (englisch)
• A walk through time (englisch)

Einzelnachweise

<references>

<ref name="Ancient11">Ancient Discoveries, Episode 11: Ancient Robots, History Channel</ref> <ref name="britannicaGPS">GPS Encyclopedia Britannica, abgerufen am 17. Oktober 2009</ref> <ref name="Bruton-History">Eric Bruton: (1979): The History of Clocks and Watches (1982 ed.), New York: Crescent Books, ISBN 0-517-37744-6</ref> <ref name="Burnett">George Burnett-Stuart: De Dondi's Astrarium Almagest. Computastat Group Ltd, abgerufen am 13. Oktober 2009</ref> <ref name="Chobotov1">Vladimir Chobotov (2002): Orbital Mechanics (3rd ed.), Reston, VA: AIAA, Seite 1, ISBN 1-56347-537-5, abgerufen am 2. Oktober 2009</ref> <ref name="Davies434">Norman Davies: Europe: A History. Oxford University Press, Oxford 1996, Seite 434, ISBN 0-19-820171-0</ref> <ref name="Davies435">Norman Davies: Europe: A History. Oxford University Press, Oxford 1996, Seite 435, ISBN 0-19-820171-0</ref> <ref name="DaviesE">Eryl Davies (1995): Pockets: Inventions, London: Dorling Kindersley, ISBN 0-7513-5184-9</ref> <ref name="Fraser55-56">Julius Fraser (1990): Of Time, Passion, and Knowledge: Reflections on the Strategy of Existence Princeton University Press, Seite 55–56, abgerufen am 7. Oktober 2009</ref> <ref name="gqGeschichte">Geschichte der Digitaluhren abgerufen am 31. Oktober 2009</ref> <ref name="Hassan">Ahmad Y. Hassan: Transfer Of Islamic Technology To The West Part II: Transmission Of Islamic Engineering History of Science and Technology in Islam, abgerufen am 15. Oktober 2009</ref> <ref name="Hellemans65">Alexander Hellemans, Bryan H. Bunch (2004): The History of Science and Technology: A Browser's Guide to the Great Discoveries, Inventions, and the People Who Made Them, From the Dawn of Time to Today. Houghton Mifflin, Boston, Seite 65, ISBN 0-618-22123-9</ref> <ref name="Hill794">Donald Routledge Hill: Engineering, Seite 794, In: Rashed & Morelon 1996</ref> <ref name="Lankford529">Time and timekeeping instruments, History of astronomy: an encyclopedia, John Lankford, Taylor & Francis, 1997, Seite 529, ISBN 0-8153-0322-X</ref> <ref name="Marrison510-588">W. A. Marrison, J. W. Horton (February 1928): Precision determination of frequency, I. R. E., Bd. 27: Seite 510–588</ref> <ref name="msiIncense">Time Activity: Incense Clock Chicago: Museum of Science and Industry, abgerufen am 11. Oktober 2009</ref> <ref name="NISTatomic">The „Atomic Age“ of Time Standards National Institute of Standards and Technology, abgerufen am 7. Oktober 2009</ref> <ref name="NISTearliest">Earliest Clocks A Walk Through Time, NIST Physics Laboratory, abgerufen am 3. August 2012</ref> <ref name="NISTearly">Early Clocks abgerufen am 13. Oktober 2009</ref> <ref name="NISTrevol">A Revolution in Timekeeping NIST, abgerufen am 15. Oktober 2009</ref> <ref name="phaenomen.de">Phänomen Zeit abgerufen am 15. Oktober 2009</ref> <ref name="Reid4">Thomas Reid (1832): Treatise on Clock and Watch Making: Theoretical and Practical. Carey and Lea, Seite 4, abgerufen am 21. Oktober 2009</ref> <ref name="SalisburyFAQ">Oldest Working Clock Frequently Asked Questions, Salisbury Cathedral, abgerufen am 14. Oktober 2009</ref> <ref name="Schafer128">Edward H. Schafer (1967): Great Ages of Man: Ancient China. New York: Time-Life Books, Seite 128</ref> <ref name="Schafer160-161">Edward Schafer (1963): The Golden Peaches of Samarkand: A Study of T'ang Exotics University of California Press, Seite 160–161, ISBN 0-520-05462-8, abgerufen am 17. Oktober 2009</ref> <ref name="sciencemuseumWells">Wells Cathedral clock, c.1392 Science Museum (London), abgerufen am 16. Oktober 2009</ref> <ref name="Tomczak">Matthias Tomczak: The Water Clock of 1088 Flinders University, abgerufen am 11. Oktober 2009</ref> <ref name="Woods36">Thomas Woods (2005): How the Catholic Church Built Western Civilization, Washington D. C., United States: Regnery Publishing, Seite 36, ISBN 0-89526-038-7</ref>

</references>