Klasztory i kościoły już w VII wieku posiadały zegary montowane w celu organizacji życia religijnego. Wyposażanie klasztorów w zegary słoneczne zalecił papież Sabinian w 604 roku. Pierwsze zegary słoneczne instalowano na murach kościołów tak, aby padający cień gnomonu wskazywał godziny zajęć i nabożeństw. W słonecznych zegarach stacjonarnych gnomon ustawiano w kierunku Gwiazdy Polarnej, aby kąt utworzony w stosunku do płaszczyzny tarczy dawał najdłuższy cień, a zegar wskazywał najdokładniej czas.
Pierwsza wzmianka o mechanicznym zegarze wieżowym pochodzi z 1284 roku. Zegar zamontowano na wieży katedry w Exeter w Anglii. W roku 1288 pojawia się pierwszy zegar z mechanizmem bijącym na wieży w Westminster Hall w Londynie. W Mediolanie zegar wieżowy powstał w 1335 roku. Pierwsze zegary nie pokazywały czasu, lecz go wydzwaniały. Od XIV wieku zegary pojawiają się w większych miastach Francji i Niemiec. W starych zegarach na tarczy widniała tylko jedna wskazówka – godzinowa. Wskazówkę minutową rozpoczęto instalować od 1687 roku.
Architekci i konstruktorzy zegarów prześcigali się w tworzeniu nowych, atrakcyjnych budowli, których zwieńczeniem był zegar wieżowy. Ciekawy zegar został zbudowany w południowym transepcie katedry Notre-Dame ze Strasburga. Obecnie funkcjonujący tam zegar jest już jego trzecią z kolei realizacją. Pierwszy zegar został uruchomiony w 1354 roku. Drugą jego wersję – niezwykle bogato wyposażoną i dekorowaną – ukończono w 1574 roku. Budowniczowie Christian Herlin i Konrad Dasypodius dodatkowo wyposażyli zegar w kalendarz i astrolabium.
Drugi zegar przestał działać około 1788 roku. Obecny, trzeci zegar zbudował Jean-Baptiste Schwilgué w 1842 roku. Zegar ten poza podstawową funkcją wskazywania czasu wyposażony jest w wieczny kalendarz i planetarium informujące o położeniu Słońca i Księżyca. Południe wybija carillon. W tym momencie pojawiają się figurki Trzech Króli, które kłaniają się w stronę posągu Marii z Dzieciątkiem. Zegar mierzy 18 m wysokości i 7,70 m szerokości.
W Polsce próby budowy zegarów podejmował w XVII wieku gdański astronom Jan Heweliusz (1611–1687). Niestety budowane osobiście przez niego zegary zatrzymywały się i były niedokładne. Ostatecznie Heweliusz zakupił zegar u Huygensa w Holandii. Drugim polskim znanym konstruktorem zegarów był jezuita Adam Kochański (1631–1700). Sztuki zegarmistrzowskiej nauczył się od Kaspra Schotta w Würzburgu. Bliższe szczegóły na temat jego osiągnięć pozostają dzisiaj nieznane.
Na Wieży Zegarowej Katedry Wawelskiej są dwa dzwony zegarowe wybijające godziny od 1519 roku i kwadranse od 1681 roku. Pracujący do chwili obecnej mechanizm zegarowy pochodzi z 1899 roku. Został wykonany przez L. Hainza z Pragi.
W klasztorze na Jasnej Górze w Częstochowie zainstalowany jest na wieży zegar wahadłowy, który został wykonany w belgijskiej wytwórni Conthier et Cie w Malines w 1904 roku. Stanowi on przykład zegara obciążnikowego wybijającego kwadranse i pełne godziny. Wszystkie sekcje zegara, mechanizm chodu, bicia kwadransów i godzin umieszczono na wspólnej ramie. Mechanizm chodu oparto na sekundowym regulatorze wahadłowym z wychwytem nożycowym. Oba mechanizmy bicia są zbudowane w oparciu o systemy grzebieniowe. Mechanizm napędza 4 tarcze zegarowe o średnicy 2,4 m, wskazówka minutowa ma długość 1,8 m, a godzinowa 1,3 metra.
Napęd zegarów wieżowych stanowiła energia potencjalna zgromadzona w podciąganych obciążnikach. Przekładnia chodu dostarczała energię z obciążnika do wychwytu. Wychwyt na przemian uwalnia i blokuje obroty kół z przekładni chodu, w celu równomiernego przekształcania energi potencjalnej zawartej w obciążniku w energię kinetyczną poruszającą mechanizm zegara. Wychwyt jest połączony z regulatorem wahadłowym, który steruje jego pracą. Dawniej przy wychwycie wrzecionowym stosowano kolebnik. W starych zegarach spotykane są różne rodzaje wychwytu: Grahama, nożycowy, Mannhardta, Denisona, Mudge’a, Grashoppera i inne.
W roku 1715 George Graham skonstruował wychwyt kotwicowy, który się rozpowszechnił i jest nadal stosowany w zegarach wieżowych. Na końcach kotwicy umieszczone są palety ze ściętymi zębami, których zadaniem jest zazębianie się z kołem wychwytowym.
Podnoszenie ramion kotwicy, a tym samym dostarczenie impulsu napędowego wahadłu dokonują skosy zębów koła wychwytowego.
W zegarach wielkich regulatorem prędkości ruchu wskazówek jest wahadło. Regulator ten w równych odstępach czasu za pośrednictwem wychwytu uwalnia mechanizm chodu powodując zawsze jednakowy obrót kół. Zegar dokładniej chodzi gdy wahadło jest długie, a jego soczewka ciężka. Regularny ruch wahadła odkrył już Galileusz w 1583 roku, jednak musiał upłynąć prawie wiek do jego praktycznego zastosowania. Dokonał tego holenderski zegarmistrz Christian Huygens w 1673 roku. Od tej pory dokładność zegarów wzrosła, a regulator wahadłowy jest nadal stosowany.
Napęd w zegarach wieżowych był nakręcany ręcznie za pomocą korby. Czynność tę należało powtarzać co kilka dni. Obecnie w tradycyjnych mechanizmach montuje się system elektrycznego naciągu.
W zegarach wieżowych mechanizm znajduje się w wieży i za pośrednictwem pędni, przekładni i innych podzespołów jest połączony ze wskazówkami. Większość zegarów wieżowych posiada więcej niż jedną tarczę wskazówkową.
Tarcza zegarowa wyposażona jest w podziałkę czasową i poruszane wskazówki. Wykonuje się ją z blachy miedzianej, cynkowej, kamienia, łupku, szkła, drewna, tworzyw sztucznych. Tarcze blaszane pokrywano warstwą lakieru odpornego na warunki atmosferyczne. Tarcze kamienne wykonywane z marmuru czy granitu były trwałe, lecz ciężkie. Z kolei tarcze szklane, choć nie rdzewieją, podatne są na inne uszkodzenia. Wskazówki wykonywano z blachy mosiężnej lub aluminiowej. Długość wskazówek dopasowywano do wielkości tarczy. Duża wskazówka powinna była sięgać do podziałki minutowej. W dawnych zegarach zachowywano matematyczny stosunek długości wskazówki dużej do wskazówki małej wynoszący 
Zegary wieżowe poza wskazywaniem czasu wybijają konkretne godziny i kwadranse na dzwonach za pomocą młotów znajdujących się na specjalnej tarczy osadzonej na osi łączącej mechanizm chodu z pędnią. Rozpowszechniły się dwa typy mechanizmów bicia: zapadowy i grzebieniowy. Energia bicia z obciążnika – poprzez mechanizm bicia – jest przekazywana do młotka uderzającego w dzwon. Mechanizm bicia w zegarach wieżowych może wybijać godziny lub godziny i kwadranse. Aby odstępy czasowe między uderzeniami były równe, na ostatniej osi mechanizmu bicia znajduje się wiatrak hamujący zbyt szybkie obroty.
Niektóre zegary wieżowe doposażono w mechanizmy figuralne, które o określonych godzinach po uruchomieniu odgrywają spektakl. W Europie pierwsze figuralne zegary wieżowe pojawiły się w XIV wieku we Włoszech. Mechanizmy figuralne mają różne rozwiązania konstrukcyjne. Ruch figur współpracuje z elementami mechanizmów bicia lub chodu zegara. Niektóre zegary figuralne w Bernie, Pradze czy Poznaniu posiadają osobne mechanizmy do poruszania figur. Istnieje szereg konstrukcji zegarów figuralnych i rozwiązań ich napędu. Spotykamy zegary z figurami poruszającymi się na zasadzie pochodu po okręgu. Inne poruszane są przez obracający się wał. Kolejne rodzaje zegarów z figurami opierają się na ruchu w rytm uderzeń w dzwon. Dzieje się tak dzięki odpowiedniemu połączeniu z mechanizmem bicia.
W niektórych rozwiązaniach poszczególne elementy figurek poruszają się, tworząc spektakl (bodące się koziołki czy walczący ze sobą rycerze). Ważne jest, by znajdujące się na wolnym powietrzu elementy ruchome zegara były odpowiednio konserwowane przed wpływami atmosferycznymi. Zwykle zabezpieczenia dokonuje się poprzez regularne smarowanie.
W Europie najsłynniejsze zegary figuralne znajdują się w Lipsku, Bernie, Wenecji, Jenie, Roskilde i Rostocku. W Polsce mechaniczne zegary figuralne mieszczą się w Oławie, Poznaniu i Szczecinie. W Warszawie istnieją dwa zegary figuralne wykonane techniką elektryczno-mechaniczną. Jeden z nich umieszczony jest na gmachu Cechu Złotników, Zegarmistrzów, Optyków, Grawerów i Brązowników. Działa on obecnie na bazie sygnału DCF77. Drugi funkcjonuje na terenie szpitala Centrum Zdrowia Dziecka.
Obecnie powszechnie stosuje się zegary elektroniczne. W związku z tym dawne mechaniczne zegary wieżowe zostają przekonstruowane na napęd elektryczny, współpracujący z elektronicznym sterownikiem. Tak unowocześnione zegary porównują swoje wskazanie z najdokładniejszymi wzorcami czasu. Informację o czasie wysyła się drogą radiową za pomocą sygnału DCF77 oraz z satelity w postaci sygnału GPS. Sygnał jest nadawany w paśmie fal długich na częstotliwości 77,5 kHz z Frankfurtu nad Menem i stabilizowany za pomocą cezowego zegara atomowego znajdującego się w laboratoriach Physikalisch-Technische Bundesanstalt w Brunszwiku.
Na terenie środkowej i północnej Europy najbardziej znanymi wytwórniami zegarów wieżowych były warsztaty: Carla Weissa w Głogowie, Edwarda Eppnera we Wleniu i Srebrnej Górze, C. F. Rochlitza w Berlinie, Philippa Hörza w Ulm, Johanna Mannhardta w Tegernsee, Hadank & Sohn z Hoyerswerdy, Korfhage & Söhne w Gelsenkirche, Johanna Friedricha Weule w Bockenem, Bernharda Zachariära w Lipsku, Williama Kilbourne’a Kaya w Worcester oraz Fabryka Zegarów Wieżowych Michała Mięsowicza w Krośnie.
Źródło: Stefan Gierlotka, DZWONY. Historia, technika ich wykonywania i napędy.
Nowe komentarze