Wie eine Spieluhr funktioniert: von der Kurbel zur Melodie

Eine Spieluhr spielt ohne Strom, weil du ihr die Energie lieferst. Wenn du die Kurbel oder den Schlüssel drehst, spannst du die Feder, ein aufgerolltes Stahlband. Die Feder will sich entspannen und dreht über Zahnräder langsam die Walze, in der winzige Stifte stecken. Vor der Walze steht der Kamm: eine Stahlplatte mit einer Reihe dünner Zähne. Ein Stift hebt einen Zahn an und lässt ihn los, der Zahn gerät ins Schwingen und ein Ton erklingt.

Die Melodie ist also in den Stiften notiert. Die Stelle eines Stifts entlang der Walze bestimmt, welcher Zahn erklingt, und die Stelle am Umfang bestimmt, wann er erklingt. Die Höhe jedes Tons ergibt sich aus Länge und Masse des Zahns, nicht aus der Drehgeschwindigkeit. Schnelleres oder langsameres Drehen ändert deshalb nicht die Töne, höchstens das Tempo.

Was zwischen Kurbeldrehung und erstem Ton passiert

Zwischen der Kurbeldrehung und dem ersten Ton läuft die Energie durch mehrere Teile. Jedes davon findest du in einer alten Spieluhr ebenso wie im Spielwerk eines Bausatzes, nur in anderer Größe.

1. Feder. Kurbel oder Schlüssel ziehen sie über eine Sperrklinke auf. Die Sperrklinke ist ein kleiner Zahn, der die Bewegung nur in eine Richtung durchlässt, deshalb hörst du beim Aufziehen ein Klicken, und die Feder wickelt sich nicht von selbst zurück.
2. Getriebe. Die Feder dreht die Walze nicht direkt. Zwischen ihr und der Walze sitzen Zahnräder, die die Bewegung so untersetzen, dass sich die Walze langsam dreht und eine Melodie Dutzende Sekunden dauert.
3. Stiftwalze. Beim Drehen stoßen die Stifte nacheinander an die Zähne des Kamms. Ein Stift hebt einen Zahn an, der Zahn rutscht von ihm ab und federt zurück.
4. Kamm. Jeder Zahn ist wie eine kleine Stimmgabel: Losgelassen schwingt er mit seiner eigenen Geschwindigkeit, und das hörst du als Ton. Die Schwingung geht über den Kamm in die Grundplatte und das Gehäuse, die den Klang verstärken.
5. Regler. Das ist ein kleines Windrad mit zwei Flügeln, das sich über das Getriebe viel schneller dreht als die Walze. Je schneller es sich dreht, desto stärker bremst es die Luft, und so hält es das Tempo der Melodie.

Ohne Regler würde sich die gespannte Feder auf einmal entladen. Die Walze würde losrasen, die Stifte würden auf die Zähne schlagen, statt sie sanft anzuzupfen, und die Melodie würde zu einem kurzen metallischen Geräusch verschwimmen. Deshalb bleibt die Spieluhr auch stehen, wenn das Windrad stehen bleibt: Das ganze Getriebe ist verbunden, und nichts bewegt sich von selbst.

Was bestimmt, welche Melodie erklingt

Über die Melodie entscheiden zwei Dinge: die Stifte auf der Walze und die Stimmung des Kamms. Die Walze ist so etwas wie ein zu einem Kreis aufgerolltes Notenblatt. Entlang der Walze liegt die Tonhöhe, weil jede Stelle einem Zahn gegenübersteht. Am Umfang liegt die Zeit: Stifte nah beieinander bedeuten schnelle Töne, eine größere Lücke eine längere Pause. Eine Umdrehung der Walze spielt meist die ganze Melodie, danach beginnt sie von vorn.

Der Kamm bestimmt, welche Töne überhaupt erklingen können. Lange Zähne schwingen langsamer und klingen tief, kurze schwingen schneller und klingen hoch. Für die tiefsten Töne müsste ein Zahn zu lang sein, deshalb wird unter seinem Ende ein kleines Bleigewicht befestigt, das das Schwingen verlangsamt. Die Zahl der Zähne ist zugleich die Zahl der Töne, die die Spieluhr spielen kann: Ein kleines Spielwerk mit 18 Zähnen spielt eine einfache Melodie ohne Akkorde, größere Spielwerke mit mehr Zähnen schaffen auch eine Begleitung.

Der Kamm war nicht der Anfang der mechanischen Musik. Stiftwalzen trieben Musikmechanismen mit Glocken schon Jahrhunderte zuvor an. Der Uhrmacher Antoine Favre-Salomon aus Genf ersetzte 1796 die Reihe der Glocken durch einen Stahlkamm, und so passte die Musik in ein kleines Kästchen. Ende des 19. Jahrhunderts kamen Spieldosen mit austauschbaren Metallplatten, sodass eine Spieldose viele Melodien spielen konnte. Später wurden sie vom Grammophon verdrängt, das Musik nicht in Stifte, sondern in eine Rille schreibt; wie die Nadel sie liest, beschreibt der Artikel Plattenspieler: wie die Nadel Rillen in Musik verwandelt.

Warum die Melodie anders klingt, wenn du langsamer oder schneller drehst

Die Tonhöhe ändert sich weder bei langsamerem noch bei schnellerem Drehen. Jeder Zahn schwingt immer mit derselben Geschwindigkeit, die ihm seine Länge und Masse geben. Es ändert sich nur, wie schnell die Töne aufeinanderfolgen, also das Tempo. Die Melodie klingt dann gedehnt oder gehetzt, obwohl sie immer noch dieselben Töne spielt. Was genau passiert, hängt davon ab, wie die Kurbel mit dem Spielwerk verbunden ist:

• Die Kurbel zieht die Feder auf. Schnelleres Drehen zieht die Feder nur früher auf. Das Tempo hält dann der Regler, sodass die Melodie gleich spielt, egal wie schnell du gedreht hast.
• Die Kurbel dreht die Walze direkt, ohne Feder und Regler. Dann bestimmt deine Hand das Tempo: Langsames Drehen dehnt die Melodie, schnelles beschleunigt sie.
• Die Feder läuft ab. Eine voll aufgezogene Feder drückt stärker, beim Entspannen schwächer. Der Regler verkleinert diesen Unterschied, doch gegen Ende kann die Melodie etwas langsamer spielen als am Anfang.

Bei sehr langsamem Tempo fällt dir noch etwas auf. Der Ton eines Zahns klingt nach dem Anzupfen allmählich aus. Kommt der nächste Stift zu spät, ist der vorige Ton inzwischen verstummt und die Melodie wirkt zerrissen. Spielt eine Spieluhr mit Feder plötzlich langsamer als sie soll, liegt die Ursache eher an Reibung im Getriebe als an einer schwachen Feder.

Worauf du am Modell achtest: Walze, Kamm und Getriebe

Ein Holzmodell einer Spieluhr hat das Spielwerk meist als eigenes fertiges Teil, das du nach der Anleitung in das Modell einsetzt. Die Holzteile um es herum übertragen die Bewegung auf Figuren oder andere bewegliche Elemente. Welche Teile des Spielwerks du siehst und was sich beim Spielen bewegt, ist von Modell zu Modell verschieden, deshalb richte dich bei jedem Schritt nach der Anleitung deines Modells. Am fertigen Modell achtest du auf diese Stellen:

• Schlüssel oder Kurbel. Dreh ihn langsam und achte auf den Widerstand. Wächst der Widerstand und hörst du beim Loslassen die Sperrklinke klicken, ziehst du eine Feder auf, und über das Tempo entscheidet der Regler. Spielt das Spielwerk nur, solange du drehst, bestimmst du das Tempo.
• Walze und Kamm. Ist das Spielwerk sichtbar, schau von der Seite auf die Stelle, an der die Stifte auf die Zähne treffen. Bei tiefen Tönen heben sich die langen Zähne an einem Ende des Kamms, bei hohen die kurzen am anderen.
• Regler. Such einen kleinen Rotor oder ein Windrad, das sich beim Spielen am schnellsten von allem dreht. Halte ihn nicht mit dem Finger oder einem Werkzeug an: Mit ihm bleibt das ganze Spielwerk stehen, und die Flügel sind dünn.
• Getriebe zu den Figuren. Verfolge die Zahnräder, die aus derselben Bewegung eine Figur oder ein anderes bewegliches Teil drehen. Spielt die Melodie, aber die Figur steht, ist ein Rad nicht im Eingriff. Schau in der Anleitung nach, welche Räder ineinandergreifen sollen, bevor du mit Kraft drückst.

Wenn der Mechanismus beim Spielen hakt oder langsam stehen bleibt, such den Fehler nicht zuerst im Spielwerk. Meist reiben die Holzräder oder Achsen um es herum. Wie du eine solche Stelle findest, beschreibt der Artikel Mechanismus klemmt: Reibung finden und beseitigen.

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Häufige Fragen