OM KLOKKESTØBNING
- og også om at støbe KLOKKESPILSKLOKKER
\|/
(@ @)
+-oOO----(_)---------+
| STØBNING |
| AF |
| KLOKKESPILSKLOKKER |
+--------------oOO---+
|__|__|
|| ||
ooO Ooo
Støbning af klokkespilsklokker er både spændende og udfordrende og er i Vesten foregået i over 500 år.
"Almindelige klokker", ringeklokker og asiatiske klokkespil med 2 toner i hver klokke har man støbt i over 4000 år.
Klokker er nærmest uforgængelige, så nogle af disse 4000 år gamle klokker findes stadigvæk på museer og i privat eje.
INDHOLD
Klokkemalm
{NED}
Krystallisering {NED}
Købekontrakter på klokkespil {NED}
Vertikale korrektions-gruver {NED}
Klokkestøbning på hovedet {NED}
Gen-opvarmning til smeltepunktet {NED}
"Efter-tinning" {NED}
De mindre klokkers tykkere profiler {NED}
Kontrol af tin-indholdet {NED}
Klokker med kvalitet {NED}
Eventyr og urenheder {NED}
Klokkemalm {OP}
En klokke laves af en metal-legering, der består af ca. 22% tin og 78% kobber, også kendt som klokkebronze eller klokkemalm.En almindelig bronze-legering består af omtrent 10% tin og 90% kobber, så tin-indholdet i klokkemalmen er altså noget højere end i en almindelig bronzelegering.
Både tin (Sn) og kobber (Cu) er metaller eller grundstoffer, der har været kendt siden oldtiden, - i hvert fald har begge metaller været kendt i mindst 5000 år.
Kobberet (Cu) kaldes også "Det røde metal".
Det er formodentlig det første metal som mennesket har lært at udvinde. Metallet udskilles naturligt i sin rene form flere steder på jorden ved kemiske processer i jordskorpen.
I modsætning til jern kan man banke kobbermetallet ud til nye former uden at det behøver at blive opvarmet.
Rent kobber er et blødt metal, men ved at blande det bløde kobber med det bløde tin får man bronzen, der er betydeligt hårdere.
I Ægypten er der fundet kobbertråd, der er fremstillet for mere end 5000 år siden.
I Tyrkiet har man fundet en tin-mine, der er omkring 5000 år gammel.
Det bløde hvide tin er let at valse ud til en meget tynd folie, tidligere kaldet staniol og det blev brugt til at pakke madvarer ind i.
Nu bruges aluminiumsfoile til samme formål, da det er billigere. Aluminiums-folien har stadigvæk det samme navn, selvom navnet staniol er afledt af det gamle latinske ord for tin: stannum. (Sn)
I Ægypten begyndte man at pakke mumier ind i tin-folie (staniol) 700 år f.v.t.
Både tin og kobber kan let udvindes og sådan set udvindes de på den samme måde.
Det grønne kobbermalm malakit udvindes f.eks. ved at tænde et bål af træ i et hul i jorden for at opnå høj temperatur uden for meget ilt.
Når træet er omdannet til trækul, hælder man klumper af malakit ned i det glødende hul.
Malakitten omdannes derved til kobber-oxid.
Kobber-oxidet reagerer med carbonet C i trækullene, så der dannes dråber af rent kobber:
2CuO + C → 2Cu + CO2
De størknede kobberdråber kan så senere smedes sammen til større stykker.
I naturen findes tin ligeledes bundet til oxygen, også kaldet tin-sten: SnO2.
Tin-stenen opvarmes med kul og kullet fjerner igen oxygenen ved at der dannes carbondioxid:
CO2. Derved fås det rene tin: Sn.
Bronzen har i det hele taget været meget vigtig for menneskets udvikling og bronzen har da også en hel tidsalder opkaldt efter sig: nemlig Bronzealderen.
Det er egentligt lidt forkert at kalde blandingen tin og kobber for en legering, da tin- og kobberatomerne ikke går i forbindelse med hinanden og danner nye molekyler som man kan kalde bronze.
I mikroskopet kan man i stor forstørrelse se, at tin- og kobberatomerne blander sig som en opløsning, en såkaldt solid opløsning, og at opløsningen ikke automatisk bliver homogenisk, dvs. jævnt fordelt.
Som man kan se på billedet herunder, der er forstørret 18 diametre, ligner bronzen et krystal-konglomerat.
|
Et meget vigtigt element ved klokkestøbningen er derfor, at afkølningen foregår jævnt og med samme hastighed fra alle yderflader af støbeformen og at det hele foregår meget langsomt.
Krystallisering {OP}
Nogle af de bedste klokker, der nogensinde er lavet, er støbt ved at nedgrave støbeformen i jorden, isolere hullet og så lade afkølningen passe sig selv i nogle dage eller uger.Som temperaturen falder, bliver bronze-opløsningen mere og mere viskos, (dvs. at den ikke længere er så let-flydende) - indtil den til sidst begynder fuldstændigt at stivne ved omkring de 520 ºC.
Under processen trækker bronzen sig sammen, dvs. den krymper ca. 1-1,5% imens den krystalliserer.
Hvis klokken skal klinge flot, skal krystallerne helst have fred og ro til at dannes.
På grund af krystalliseringen er det at støbe en klokke næsten ligesom at lave en sufflé.
Jordrystelser, tung trafik, uro, smækken med dørene og hoppen rundt i støberiet kan give en mislykket klokke, der i bedste fald klinger dårligt og i værste fald revner.
Derfor støbes klokkerne meget ofte sent fredag eftermiddag lige inden weekenden, hvor der kan forventes roligere forhold.
Længe inden metalmassen størkner, begynder den at danne krystaller.
Krystallerne består af 2 forskellige typer.
Den ene type krystal består mest af kobber-tin krystaller, altså krystaller med mest kobber i, men altså også med en smule tin i.
Den anden type krystaller er det lige omvendt med.
Her består krystallerne mest af tin med en lille smule kobber i.
Først dannes "kobber"-krystallerne. Lige idet de første krystaller begynder at dannes, udvikles der varme på grund af den fysiske reaktion (Krystaldannelsen).
Temperaturen, der i begyndelsen er faldet i et jævnt tempo, holder derfor nu pludselig op med at falde og kan endda begynde at stige lidt.
Når temperaturen begynder at falde igen, sker det i et langsommere tempo end før, fordi "kobber"-krystallerne fortsætter med at dannes i metalmassen.
Krystallerne dannes naturligvis først der, hvor det er koldest, dvs. fortrinsvis i de ydre dele af formen, hvor varmetabet er størst.
Helst skal det hele ende med en homogenisk masse fra yderst til inderst.
Nogle støberier rører derfor rundt i støbemassen, så meget de nu formår, dvs. lige inden støbemassen løber ind i klokkeformen. Igen en pendent til almindelig madlavning.
Den del af metalmassen, der stadigvæk er flydende, bliver i løbet af processen stadig mere rig på tin jo flere "kobber"-krystaller der dannes.
Når den flydende del af metalmassen har nået en høj nok mætningsgrad af tin, begynder denne del, der stadigvæk er flydende, at danne "tin"-krystaller, altså krystaller fortrinsvis med tin i og med en lille smule kobber i.
Dette sker simultant med resten af "kobber"-krystallerne, der fortsætter med at dannes, dog nu i et langsommere tempo. Temperaturen holder atter op med at falde og denne gang varer pausen i temperaturfaldet indtil metalmassen er størknet helt.
Herunder 3 eksempler på groft, på mindre groft og på fint klokkemetal forstørret 100 gange.
|
|
|
Det sidste billede, der viser en mikroskopi af metal fra en klokke med en meget smuk klang, har en meget fin homogen struktur.
Jo bedre homogen struktur der er i materialet, jo lettere har vibrationerne ved at bevæge sig igennem metallet og jo bedre og friere kan klokken klinge.
Det er sådan, fordi det er sværere for vibrationerne at rejse igennem de grovere strukturer eller igennem strukturer med porøsitet og/eller indre spændinger.
Hvis temperaturen i klokkeformen undervejs i størkningen har været udsat for kuldebroer eller størkningen som nævnt ikke har fået tid til at forløbe i et roligt tempo, kan klokken få uheldige indre spændinger, hulrum eller revner.
Selv efter at metallet er størknet omkring de 520 ºC, er metallet stadigvæk meget varmt. Der er langt fra 500 ºC og ned til en rumtemperatur på 20 ºC. Derfor bør man altid lade klokken "sætte" sig, dvs. man bør lade metallet vænne sig til dets nye struktur inden stemningen.
Det samme princip er kendt fra madlavning, hvor man tager stegen ud af ovnen, men derpå lader den "sætte" sig så den får en god konsistens, før man begynder at skære i den.
En klokke, der skyndsomst er blevet støbt og stemt, kan naturligvis laves billigere end en tilsvarende klokke, som der er blevet brugt mere tid på at gøre smuk i klangen.
Der er simpelt hen tale om 2 kvalitetsmæssige forskellige produkter.
Den første type klokke, som er lavet med et mindre tidsforbrug, får meget ofte uhensigtsmæssige indre spændinger og bliver svær at stemme uden korrektionsgruver. Klangfylden forringes, og den må hellere kasseres og omstøbes.
I realiteten bliver en sådan klokke ofte solgt som en klokke af høj kvalitet. {OP}
Købekontrakter på klokkespil {OP}
Et klokkespil af høj standard og med meget smukke klokker koster det naturligvis mere at fremstille end et klokkespil af lavere standard. Tidsforbruget er meget højere i de forskellige dele af processerne.
Alligevel er heller ikke tidsforbruget - fra man bestiller et klokkespil til det står færdigt nogen særlig god indikator for kvaliteten. Firmaerne kan have andre flaskehalse.
Et af de bedste klokkespil her i landet stod færdigt på bare 11 måneder.
Hvis man skal sikre sig et klokkespil af høj kvalitet, så skal der udarbejdes en nøjagtig og specifik kontrakt - også af arbejdsgangene. Det er normal procedure i udlandet og der er ingen vej udenom, hvis processen skal kunne kontrolleres eller noget skal laves om.
Da klokkespilsproduktion er et virkelig niche-omrīde og støberierne alle befinder sig i udlandet så forsømmes denne del meget ofte eller den er mangelfuld.
Hvis man indhenter tilbud, skal kontrakten udarbejdes forud for indhentning af disse tilbud.
Det er også en god idé at betinge sig, at man ikke absolut skal tage det laveste tilbud.
Nogle støberier er bedre end andre, så det er også en god idé at tage ud og høre klokkespil fra forskellige støberier - og helst skal man optage lyden, ellers kan man reelt ikke sammenligne. Selv musikere har svært ved at fastholde et nøjagtigt indtryk på øret alene. Det er ingen skam - selv den berømte danske komponist Niels W. Gade godkendte i sin tid et klokkespil som var aldeles falsk. Geografien - det, at instrumenterne ligger langt væk fra hinanden - gør at hjernen kan snyde øret.
Men nu om dage har vi andre hjælpemidler og det er jo meget let lige at tage en video-optager med på en sådan klokkeundersøgelse, - eller et kamera, der kan optage - eller om galt skal være - en mobiltelefon med optagefunktion, og derefter flytte optagelserne til en computer, hvor man let kan sidde og skifte imellem optagelserne og sammenligne.
Priserne er derfor aldrig direkte sammenlignelige, og der kan endda være meget stor forskel på kvaliteten af klokkerne - endda selvom de evt. er fremstillet i det samme støberi.
Der er naturligvis ikke noget i vejen for at købe en billigere klokke eller et klokkespil af en lavere kvalitet, bare man er klar det. {OP}
Vertikale korrektions-gruver {OP}
Billigere klokker har derfor ofte lodrette korrektions-gruver indeni, der skal afhjælpe problemet ved at fjerne nogle af de uheldigste konkurrerende interferens-frekvenser. (Der kan være partialtoner i den samme klokke, der kæmper om den samme plads). Korrektionen afhjælper dog kun problemet lidt.Desværre får gruverne også den følge, at den korrigerede klokkes 5 vigtigste partialtoner - de såkaldte principale partialtoner - giver sig til at klinge med et helt anderledes proportionalt styrkeforhold indbyrdes end det er naturligt for dem.
(Klokkens principale klingende partialtoner er:
"Hum"-tone, fundamental/slagtone, molterts, nominal og kvinten over nominalen. Se "Afstemning af klokker")
Denne ubalance er uheldig i forhold til de andre klokker i et klokkespil, der enten ikke har nogen problemer med uheldig interferens eller måske har en helt anden form for interferens-problem, hvis der er gået et eller andet galt.
Hvis man først begynder at lave lodrette korrektions-gruver i klokkerne, vil man derfor uundgåeligt ende med et sæt klokkespilsklokker, der er meget uens i overtonernes styrkeforhold. Overtonernes proportionelle styrkeforhold er ikke længere naturlige og klokkerne kan derved komme til at lyde pressede.
Uheldige spændinger ved afstemningen af en klokke kan dog også forekomme, hvis støbeformens indre og ydre dele, kernen og kappen, er kommet til at sidde lidt skævt, således støbningen er blevet upræcis. {OP}
Klokkestøbning på hovedet {OP}
Nogle klokkestøberier støber klokkerne på hovedet for at formen kan trække ekstra smeltemasse til sig under krympningen.Ved at støbe klokkerne på hovedet kan man bedre komme til at forsyne den vigtigste og tykkeste del af klokken, slagringen, med tilstrækkelig smeltemasse, når metallet under afkølningen trækker sig sammen. Derved undgås hulrum og porøsiteter inde i klokken og støbegodset bliver meget fint, solidt og klangfuldt.
Mindst fire isolerede og brede eksterne cylindre sættes op øverst på slagringen på den omvendte klokke-støbeform. Disse cylindre eller, som de kaldes, "maddere" skal være brede i diameter. Metallet vil jo først størkne der, hvor støbegodset er tyndest og senest der, hvor det er tykkest.
|
Foregår den ekstra tilgang af metalmasse igennem cylindre med en for lille diameter, størkner metallet allerede i cylindrene og stopper dem til, før metallet egentlig er færdig med at krympe, og så kan klokken umuligt trække mere smeltemasse til sig. {OP}
Gen-opvarmning til smeltepunktet {OP}
Når et klokkespil eller en ringeklokke skal støbes, køber klokkestøberiet normalt barer med en bronzelegering af kobber og tin fra et raffinaderi eller fra en anden metalleverandør. Barrene har et tin-indhold på ca. 17%. Legeringen har altså allerede været smeltet en gang før.Det er nemlig sådan med kobberet og tinnet, at blandingen bliver mest homogenisk, hvis metallerne har prøvet at være blandet mindst en gang før.
Hvis man altså insisterer på at købe kobberbarrer i deres reneste form, og uden at der først er blandet tin i dem, er det derfor en god ide at smelte legeringen først og derpå lade den afkøle og størkne, før smeltning og støbningen sker for alvor for 2. gang.
En eventuel smeltning nummer 3, 4 eller 5 osv. er derefter ligeså velegnet som smeltning nummer 2.
De bedste legeringer får man altså først ved 2. smeltning og ved de evt. følgende smeltninger. Det er som om metallerne lige skal vænne sig til hinanden.
Ikke mange støberier udfører dette forarbejde selv. Dog er nogle klokkestøberier meget nøjeregnende med kvaliteten af kobberet, og vil derfor gerne behandle det i den reneste form. {OP}
"Efter-tinning" {OP}
Bronzelegeringen, der allerede er smeltet en gang, skal derpå kun "efter-tinnes" ved den 2. smeltning.Tin-indholdet i de indkøbte bronze-barrer er ikke i sig selv højt nok til klokkemalmen og desuden vil lidt af tinnet jo fordampe ved smeltning nummer 2.
Tinnets smeltepunkt ligger på 232 ºC og det er jo en del lavere end kobbers smeltepunkt på 1085 ºC.
Imidlertid er det sådan, at når man bruger en blanding af de to metaller, en bronzelegering, vil smeltepunktet ligge en hel del lavere end det rene kobbers smeltepunkt - massen vil faktisk begynde at smelte omkring de 520 ºC - alt efter tin-procenten.
Ved støbningen smelter man bronzebarrerne og opvarmer metallegeringen til et sted lige over 1050 ºC.
Derefter venter man til blandingen er nedkølet til omkring 1030 ºC. Nogle klokkestøberier venter til afkølingen er nået helt ned til 1000 ºC, andre begynder støbningen allerede ved 1050 ºC.
Alt for høje støbe-temperaturer bør undgåes, da meget af tinnet så vil fordampe og det er kostbart.
I ældre bøger kan man læse, at en støbe-temperatur på 1150 ºC er ideel for at ornamenterne og inskriptionerne på klokken kan støbes tydeligt nok. Imidlertid kan man opnå det samme ved de nævnte lavere temperaturer ved også at opvarme selve formen inden metallet hældes i. Det er samme pricip som at opvarme en tekande før selve teen hældes i. En varmeblæser over formen, hvor metallet senere skal hældes i, kan således reducere tin-fordampningen.
Er man ikke opmærksom på, at der skal eftertinnes og er temperaturen blevet for høj, kan man ende med et for lavt tin-indhold og klokkerne får et lyserødt skær.
Temperaturen kontrolleres derfor hele tiden ved hjælp af en infrarød annalyseenhed, der ikke behøver at blive neddyppet i smeltemassen.
"Efter-tinning"-processen foregår ved at der tilføres ekstra tinbarrer en efter en, indtil den ønskede tin-procent er opnået. Hvor høj tin-procenten i støbningen er, udregnes løbende på baggrund af brugte mængder, procentdele, tilføjede tinbarrer i processen og temperatur.
En klokkestøber kan således let komme til at bruge op til 90 % af sin tid bare med udregninger. {OP}
De mindre klokkers tykkere profiler {OP}
En af udfordringerne ved at lave et klokkespil er, at det skal være i akustisk balance, dvs. at klokkernes indbyrdes styrkeforhold skal være proportionelt afbalanceret. De små klokker må ikke virke for svage i forhold til de store klokker.Man kan skabe balance i et klokkespil ved at gøre profilen tykkere i de små klokker.
Klokker, der har en tykkere profil, kan imidlertid ikke uden videre vibrere lige så godt som klokker, der har en tyndere profil.
Mange af de mindre klokker i klokkespil har derfor fået tilnavnet "PAPKASSE-KLOKKER"!
Papkasseklokker eller klokker uden ret meget klang findes f.eks. i det ældre klokkespil på Århus Rådhus eller i klokkespillet i den hollandske by Zwolle.
(NB. På Århus Rådhus menes der ikke de klokker som man kan høre, når automatikken spiller melodien; automatikken bruger kun de 9 største af Århus Rådhus klokkespils 43 klokker)
Et højere tin-indhold får de små klokker til at vibrere bedre, selvom væggene nu er tykkere.
Mere tin får også klokkerne til at blive mere skøre, men det er ikke noget problem for små klokkespilsklokker under 50 kg.
Tin-indholdet bør altså forøges i de små klokker fra omtrent de 50 kg - og alt efter klokke-profilens facon - forøges tin-indholdet fra 22% og gradvist helt op til 24,5%.
I store klokker formindskes tin-indholdet gradvist fra klokker på 2-2,5 ton (22% tin-indhold) og ned til klokker på 14 ton (19% tin-indhold). {OP}
Kontrol af tin-indholdet {OP}
Ved vigtige arbejder f.eks. ved støbning af et klokkespil eller ved støbning af meget store og kostbare klokker kontrolleres tin-indholdet ved at at lade støberiet støbe et par testbarrer af det sidste, der er tilbage af smeltemassen og ved evt. at overværer støbe-processen.Ved støbning af et klokkespil, som jo består af flere klokker og hvor klokker normalt støbes i sæt, skal tin-indholdet jo blive ende med at blive højere og højere til slut i processen, jfr. kontraktens detaljer.
En klokkekonsulent bestiller tid og sørger for, at kontrolbarrernes sammensætning annalyseres efterfølgende i en røntgen-spektrograf.
Kun således kan man kontrollere, om klokkerne er støbt med den bestilte sammensætning. {OP}
Klokker med kvalitet {OP}
Hvert klokkestøberi har sine egne metoder, idealer og klokkeprofiler og klokkerne kan derfor klinge meget forskelligt fra støberi til støberi.Klokkestøbning er en svær kunstart og mange klokkestøberier har været i gang i over hundrede år, nogle endda i 500 år.
Der gælder selvfølgelig de samme regler som der gælder for alle andre musik-instrumenter:
Der er forskel på kvaliteten.
Både "Stradivarius-modellen" og de meget billigere alternativer eksisterer.
Da viden om klokker ikke er så udbredt, der findes bl.a. kun 4 klokkeskoler i verden, så mener de fleste, at en klokke er en klokke, og at der er ikke anden forskel på klokker end størrelsen.
Det er lidt synd, for der er en forbløffende lille prisforskel fra kvalitetsklokker og nedad. Hvor forskellen på flygler kan ligge på 400% alt efter kvaliteten; ligger forskellen her kun på ca. 15%. (2010)
Er man igang med et større projekt, kan man derfor med fordel overveje at skaffe sig bistand fra en dygtig klokkekonsulent, der kan vise vej igennem "klokkejunglen", skrive de rigtige kontrakter, kontrollere processen osv.
Det er lidt dyrere, men pengene kan i mange tilfælde vise sig at være givet godt ud.
Ikke mindst fordi et instrument som et klokkespil er et eftermæle, der i bedste tilfælde vil overleve giverne/initiativtagerne med mange tusind år......
Som sagt, der findes klokker på over 4000 år! {OP}
Eventyr og urenheder {OP}
Mange eventyr fortæller om guld- og sølvklokker, men det er kun eventyr; nu om dage forsøger man at få så ren en legering af tin og kobber som muligt for at få den bedste klang.Eventyr fra Asien fortæller om menneskeofringer i smeltemassen, gerne et uskyldigt barn eller en jomfru, hvis rene blod skulle kunne give klokken en overjordisk smuk klang. Nogle gange fortæller eventyret dog også om uhyggelige og uheldige bivirkninger ved en sådan fremgangsmåde....også for de efterladte.
I middelalderen og i lang tid derefter mødtes man omkring smeltediglen, når klokken skulle støbes på støberiet for at kaste guld eller sølvmønter ned i smeltemassen, nærmest som om det var en ønskebrønd. Det er dog heller ikke nogen god ide, da klangen ikke bliver bedre af disse metaller.
Der er også blevet fortalt historier om at bly skulle kunne forbedre støbeprocessen. Sandheden er snarere, at det i forrige tider var besværligt at få metallerne rene nok; der hang altid lidt bly ved. Dette afspejler sig stadig i de nuværende regler om maximalt bly-indhold.
Der findes i det hele taget mange sejlivede skrøner om klokker.
Også beretningerne om hvorledes klokker i krigstid forvandledes til kanoner ved omstøbning, og omvendt kanoner til klokker i fredstid, har sikkert givet ekstra grå hår i hovedet på klokkestøberne.
Klokkemetallet er i virkeligheden meget skørt og kan ikke umiddelbart anvendes til kanoner. Alt efter sprængladningens styrke, kan det blive en meget blodig affære at affyre en kanon af klokkemetal. Den kan simpelt hen springe i luften. Der skal tilføjes en ikke ubetydelig mængde bly i legeringen, før klokkemetallet kan bruges til kanoner.
Modsat kan kanonlegeringen, fordi den indeholder så meget bly, ikke umiddelbart bruges til klokker. Legeringen skal raffineres flere gange - en bekostelig fremgangsmåde.
Det lader til, at klokkestøberne meget vel selv vidste at guld, sølv og bly ikke ligefrem hjalp på klangen, så når folk vendte ryggen til, har klokkestøberen sikkert i mange tilfælde puttet i hvert fald guldmønten direkte i lommen, hvor den kunne gøre bedre gavn.
Man kan naturligvis ikke vide noget om denne fremgangsmåde med sikkerhed, men mange gamle klokker om hvilke, det fortælles, at de indeholder guldmønter, er senere forsøgt analyseret, uden at man kunne finde det mindste spor af hverken guld eller sølv.
Det høje tin-indhold i klokker kan imidlertid godt forlede folk til at tro, at der er meget sølv i klokken.
En ny lille klokke med næsten 25% tin i sig, er næsten hvid. ("sølvfarvet")
Sikkert på baggrund af disse eventyr og skrøner om klokker, fik et klokkestøberi engang en ordre på en Sterling-sølvklokke af en vis størrelse.
Klokkestøberen var ikke meget for det, men støbte klokken. Klangen var i det hele taget ikke så dårlig som forventet. Men da sølv er for blødt til at kunne modstå slag mod slagringen uden at deformere, havnede klokken ikke udenfor i et ophæng, som intentionen var i første omgang, men på kaminhylden.
Det var sikkert også en klog beslutning af andre grunde.... {OP}