Изготовление колоколов

Изготовление колоколов — это отливка и настройка больших бронзовых колоколов в литейном цеху для использования, например, в церквях , башнях с часами и общественных зданиях, либо для обозначения времени или события, либо в качестве музыкального карильона или перезвона . Большие колокола изготавливаются путем литья колокольного металла в формах, предназначенных для их предполагаемой музыкальной высоты . дальнейшая точная настройка Затем выполняется с использованием токарного станка для снятия металла с колокола, чтобы получить характерный тон колокола за счет звучания правильных музыкальных гармоник .

Изготовление колоколов в Восточной Азии датируется примерно 2000 годом до нашей эры. и в Европе с 4 или 5 века нашей эры. В Великобритании археологические раскопки выявили следы печей , свидетельствующие о том, что колокола часто отливали на месте, в ямах церкви или на ее территории. Централизованные литейные заводы стали обычным явлением, когда железные дороги позволили легко транспортировать колокола, что привело к доминированию таких основателей, как Whitechapel Bell Foundry и John Taylor & Co из Лафборо.

В других странах мира по-прежнему действует ряд литейных заводов, некоторые из которых используют традиционные методы, а некоторые — новейшие технологии литейного производства. Современные литейные заводы производят гармонично настроенные колокола, используя принципы, установленные в конце 19 века; некоторые из них также очень декоративны.

Ранняя история

Колокол XI века до нашей эры, династия Шан

Бяньчжун маркиза И Цзэна , датированный 433 г. до н.э.

Изготовление колоколов имело важное значение на протяжении всей истории древних цивилизаций. Восточные колокола, известные своими огромными размерами, были одними из самых ранних колоколов, изготовленных за много столетий до европейского железного века . Самые ранние колокола были изготовлены из керамики, а позже переросли в литье металлических колоколов. Археологические свидетельства литья колоколов появляются в неолитическом Китае.

Самые ранние металлические колокола, один из которых был найден на стоянке Таоси , а четыре - на стоянке Эрлитоу , датируются примерно 2000 годом до нашей эры. К 13 веку до нашей эры в Китае отливали колокола весом более 150 килограммов (330 фунтов). После 1000 г. н. э. железо стало наиболее часто используемым металлом для колоколов вместо бронзы. Самый ранний датированный железный колокол был изготовлен в 1079 году и найден в провинции Хубэй .

Разработка

Британия

Переносные колокола пришли в Великобританию с распространением кельтского христианства , и большинство из тех, что еще остались, связаны с Шотландией, Уэльсом и Ирландией. Изготовление колоколов в Британии произошло благодаря монашеству , которое обеспечило спрос и опыт в период раннего средневековья . Большие колокола в Англии упоминаются Бедой еще в 670 году нашей эры, а к седьмому или восьмому веку использование колоколов стало частью церковных служб. Почти 200 лет спустя, в десятом веке, появилась первая запись о полном звоне колоколов . Хронология аббата Ингулфа предполагает, что Турцител , первый аббат Кроуленда , подарил аббатству колокол по имени Гутлак, после чего его преемник Эгельрик Старший отлил еще шесть колоколов — два больших, два средних и два маленьких — чтобы завершить звон семи. В тот же период изготовлением колоколов занимались и другие священнослужители. Святой Дунстан , «Начальник монахов», был опытным мастером по металлу и известным литейщиком колоколов. Под его руководством в Абингдоне были отлиты два колокола, в которых также находились два других колокола, отлитые Св. Этельволдом . Методы литья по выплавляемым моделям были описаны бенедиктинским монахом тринадцатого века Уолтером де Одингтоном из аббатства Ившем.

Производство колоколов как коммерческое занятие последовало позже. Независимые мастера открыли постоянные литейные заводы в таких городах, как Лондон, Глостер, Солсбери, Бери-Сент-Эдмундс, Норидж и Колчестер. Хотя они привлекали торговлю с окружающей сельской местностью, средневековые основатели не ограничивались изготовлением колоколов как единственным источником средств к существованию. Вместо этого они часто совмещали это со смежными профессиями, такими как изготовление изделий из металла, производство посуды и изготовление оружия. Некоторые основатели странствовали, переходя от церкви к церкви, чтобы отливать колокола на месте.

Эти ранние колокола имели плохой звук как из-за разного состава сплава, так и из-за отсутствия понимания того, как создать правильную форму для получения гармонического тона; но со временем форма колокола была улучшена. Углы макушки и звуковой дуги постепенно сгладились, а талия стала короче, расширяясь ближе ко рту. Хотя методы настройки все еще были неопределенными и эмпирическими, наборы колоколов диатонической гаммы были установлены в важных приходских церквях и монастырях.

Археологические раскопки погостов . в Британии обнаружили печи , что позволяет предположить, что колокола часто отливали на месте в ямах, вырытых на территории здания Большой Том Линкольнского собора был отлит во дворе собора в 1610 году, а большой Кентерберийский колокол — во дворе собора в 1762 году. Когда отливка была завершена, над ямой для отливки построили башню, а колокол подняли прямо в башню. В некоторых случаях, например, в Киркби-Малзерде и Хадденхэме, колокола действительно были отлиты в церкви.

• 
  Литые колокола Литейный завод колоколов Уайтчепела, ок. 1880, Государственная библиотека Нового Южного Уэльса.
• 
  Церковные колокола в мастерской литейного завода Уайтчепел, ок. 1880 г.
• 
  Формы для церковных колоколов в мастерской Whitechapel Bell Foundry.

Низкие страны

Отливка голландских колоколов для памятника Национальной армии Греббеберг на колокольне Royal Eijsbouts в Астене.

Франсуа Эмони (ок. 1609–1667) и его брат Питер, Пьер или Питер Эмони (1619–1680) были величайшими создателями карильонных колоколов в истории Нидерландов . В сотрудничестве с Якобом ван Эйком они превратили карильон в полноценный музыкальный инструмент, отлив первый настроенный карильон в 1644 году. Братья Хемони считаются первыми из современных западных производителей колоколов, которые использовали научный подход к отливке колоколов. оптимальная форма и настройка колоколов на гармонические принципы.

Материалы

Царь -колокол с трещиной, образовавшейся из-за неравномерного охлаждения во время тушения пожара.

Колокольчик металлический

Основная статья: Металлический колокол

Колокола для создания функционального звука обычно изготавливаются путем литья колокольного металла сплава бронзы , . На протяжении всей истории существовало множество экспериментов с композицией; в колоколах Генриха II было почти в два раза больше меди , чем олова , тогда как в гораздо более ранних ассирийских бронзовых колоколах содержалось в десять раз больше меди, чем олова. Однако признанным лучшим составом колокольного металла является соотношение примерно 80 процентов меди и 20 процентов олова. Металл колоколов этих соотношений используется уже более 3000 лет и известен своим резонансом и «привлекательным звуком». Олово и медь — относительно мягкие металлы, которые деформируются при ударе. Путем легирования создается более твердый и жесткий металл, но при этом более эластичный, чем при использовании одного металла. Это обеспечивает лучший резонанс и заставляет колокол «вибрировать, как пружина при ударе», что является необходимым качеством, поскольку колокол может ударять со скоростью до 600 миль в час. .

Силы, удерживающие олово и медь вместе, вызывают вибрации, а не трещины при ударе в колокол, что создает резонансный звук. Эта комбинация металлов также позволяет получить прочный, долговечный материал, устойчивый к окислению и подверженный только начальному поверхностному атмосферному воздействию . Ярь-медянка защитную патину , защищающую его от дальнейшего окисления. образует на поверхности колокола Самая твердая и прочная бронза содержит большое количество олова и мало свинца, хотя сплав с содержанием олова более 25 процентов будет иметь низкую температуру плавления, станет хрупким и склонным к растрескиванию.

Эта низкая температура плавления оказалась врагом третьей попытки России отлить Царь-колокол с 1733 по 1735 год. В колокол так и не позвонили, а огромная плита (11,5 тонн) откололась во время пожара в Кремле в 1737 году, прежде чем ее удалось поднять из литейной ямы. Горящая древесина упала в литейную яму, и решение заключалось в том, позволить ли ей сгореть и рискнуть расплавить колокол, или облить его водой и рискнуть вызвать растрескивание из-за слишком быстрого охлаждения. Был выбран последний риск, и, как опасались, из-за неравномерного охлаждения колокол был поврежден. Нынешний колокол иногда называют Колоколом III (Колокол III), поскольку это третья переделка; остатки старого колокола были расплавлены, а металл повторно использован для отливки нового колокола. Эта практика была довольно распространенной, поскольку металлические материалы были очень дорогими. Металл колоколов считался настолько ценным, что первые бронзовые монеты для Англии были отчеканены во Франции из переплавленных старых колоколов.

Другие металлы

Другими материалами, иногда используемыми для литья колоколов, являются латунь или железо . Сталь испытывалась во время оживленного периода церковного строительства в середине девятнадцатого века в Англии из-за ее экономичности по сравнению с бронзой, но оказалось, что она не долговечна, и производство было прекращено в 1870-х годах. Их также изготавливали из стекла, но, хотя колокольчики этого типа издавали удачный звук, это вещество, будучи очень хрупким, не могло выдержать продолжительное использование колокола.

По народной традиции металл колокола содержал золото и серебро как составные части сплава, так как записано, что богатые и набожные люди бросали монеты в печь, когда колокола отливали на погосте. Считалось, что эта практика улучшает тон колокола. Однако это, вероятно, ошибочно, поскольку не существует достоверных анализов колокольного металла, древних или современных, которые бы показали, что золото или серебро когда-либо использовались в качестве составной части сплава. Если использовать его в больших количествах, добавка повредит тон, а не улучшит его. Небольшие количества других металлов, обнаруженных в старом металле колокола, вероятно, являются примесями металлов, использованных для формирования сплава.

Декоративные колокольчики могут быть изготовлены из таких материалов, как рог, дерево и глина.

Процесс литья

Отливка колоколов путем заливки расплавленного металла в формы.

Принцип литья колоколов практически не изменился с XII века. Колокола отливаются горловиной вниз в форме, состоящей из двух частей, состоящей из стержня и мантии или мантии надеваемой на него . Они изготавливаются с точными профилями, поэтому между ними существует воздушное пространство, заполненное расплавленным металлом.

Измерение и создание шаблонов

Сначала профиль раструба рассчитывается в соответствии с точными спецификациями, чтобы гарантировать его правильную настройку. Два деревянных шаблона, называемые «досками», используются для придания формы глине. Один соответствует размерам внешнего колокола (называемого корпусом или колпаком); другой соответствует внутреннему колоколу (называемому сердечником). Обычно эти доски представляют собой стандартные профили, которые были разработаны эмпирическим путем и путем расчетов для каждого размера колокола.

Формы для колоколов в музее колоколов (Glockenmuseum) в Гешере , Германия. Хорошо видны деревянные планки, которые представляют собой вращающиеся шаблоны для обеспечения правильного профиля формы.

Изготовление формы

Точная модель внутренней поверхности колокола создается на опорной плите с использованием пористых материалов, таких как кокс , камень или кирпич . Затем его сначала покрывают песком или суглинком (иногда смешанным с соломой и конским навозом) и глиной, чтобы сформировать гладкий профиль. Профилю придается внутренняя полоска. Его также называют «ложным колоколом», а затем его сушат в печи при слабом нагревании.Затем фальшивый колокол покрывают расплавленным фигуры и надписи воском, а сверху вручную наносят , также изготовленные из воска. Фальш-колокол покрыт тремя слоями огнеупорной глины, а затем заключен в стальной кожух. Пустое пространство между ложным колоколом и мантией заполняется цементом и оставляется для затвердевания, прежде чем мантию снимут. Ложный колокол откалывается от внутреннего ядра, оставляя воск и цемент. Остатки фальшивого колокольчика удаляются паяльной лампой. Затем форму ставят на коксовый огонь, чтобы расплавить оставшийся воск и испарить накопившуюся воду.

Вместо использования стальной оболочки и цемента внутренние и внешние формы также можно полностью изготовить из суглинка. В этом случае формы обычно изготавливаются наизнанку — сначала внутренняя форма поверх коксового, каменного или кирпичного сердечника, затем ложный колокол с восковыми украшениями, как указано выше, и, наконец, внешняя форма с добавлением железного кольца и волокна ( например, конопля) подкрепление. На этом этапе вставляется стальная скоба , на которой будет висеть хлопушка. Разделительные агенты используются для предотвращения слишком тесного прилипания ложного колокола к обеим формам. Наконец, после поднятия внешней формы ложный колокол можно разрушить, а внешнюю форму опустить обратно на внутреннюю форму, готовую к отливке.

Метод «ложного звонка». На сердцевине с помощью брусчатки сформирован глиняный ложный колокол. Крышка (вверху) отформована вокруг ложного колокола, чтобы получить его отпечаток. Затем крышку поднимают, чтобы удалить ложный колокол, как показано здесь. Затем колпачок опускается обратно на сердечник, и расплавленный металл заполняет образовавшуюся пустоту.

Заливка металла

Внешняя форма колокола в куполе или кожухе опускается на внутреннюю форму, и они сжимаются вместе, оставляя между ними пространство, которое заполняет расплавленный металл. Полная форма иногда находится в литейной яме, которая стабилизирует ее и обеспечивает более медленное охлаждение, или над землей на открытом воздухе, в зависимости от традиций литейного производства.

Сырье из меди и олова плавится в печи до тех пор, пока оно не станет жидким при температуре примерно 1100 °C (2010 °F). Часто добавляют бронзовый лом старых колоколов, особенно если отлитый колокол заменяет существующий колокол, который фактически перерабатывается.

Жидкий металл очищают от примесей, затем разливают в форму, используя либо наклонный ковш, подвешенный к крану, либо систему кирпичных каналов, построенных в литейной яме, которая позволяет металлу течь непосредственно из печи в литейную яму. индивидуальные формы. Когда металл попадает в форму, отверстия в верхней части мантии обеспечивают выход газов, в противном случае существует риск, что колокол станет пористым и подверженным растрескиванию. Пористость также может развиться, если форма влажная, не имеет нужной температуры или металл при заливке недостаточно горячий. Отливке дают остыть в течение нескольких дней, а для охлаждения больших колоколов может потребоваться более недели. Маленькие колокольчики весом менее 500 фунтов (230 кг) можно вынуть из форм на следующий день.

Охлаждение

После остывания колокола и оборудования форма, в которой находится только что отлитый колокол, поднимается из ямы за выступающие цапфы корпуса колокола. Пластина с сердечником разжимается, и сердечник выламывается. Затем колокол осторожно извлекают из футляра. На этом этапе любой оставшийся суглинок, прилипший к колоколу, счищается, а обломок (лишний металл), который мог образоваться под краем колокола - из-за сжатия формы в присутствии горячего металла, - обрезается. На этом процесс литья завершен.

Тюнинг

Основная статья: Тон удара

Дополнительная информация: Серия Harmonic (музыка).

Колокола отлиты с определенными профилями, которые были усовершенствованы в начале 20 века, чтобы гарантировать их гармоническую настройку путем удаления небольшого количества металла для регулировки их гармоник. Для карильона или английского звонка из колоколов полного круга ударная нота каждого колокола должна соответствовать диатонической гамме других, и для этого гармоники каждого колокола должны быть настроены так, чтобы гармонировать с его ударной нотой. Поскольку на ударную ноту колокола слегка влияют его гармоники, это может быть итеративным процессом. Первоначальная оценка проводится для получения среднего шага шкалы, поскольку он зависит от допусков отливки. Из-за этого компромисса большие колокола не всегда настроены на концертную высоту .

На протяжении веков много экспериментов и испытаний было посвящено определению точной формы, которая позволила бы получить наилучший звук. На заре литья колоколов профилирование колоколов осуществлялось эмпирическими методами, а внутренняя часть колокола или край выступа откалывались, чтобы отрегулировать настройку после отливки. С изобретением современного металлообрабатывающего оборудования это стало более точно выполняться с помощью токарно-винторезного станка, который мог удалять металл в любом положении вверх по талии раструба, что позволяло настраивать различные гармоники и надежно внедрять гармоническую настройку в производство. процесс.

Металл можно удалить только в процессе тюнинга; его нельзя добавить. Поэтому раструб отливается с профилем немного более толстым, чем это необходимо для гармонической настройки. Для настройки колокола его помещают на вертикальный настроечный станок, и при вращении режущим инструментом удаляют металл. Настройщик колоколов должен быть высококвалифицированным и ранее использовать камертоны для настройки; Сейчас это делается электронным способом, но по-прежнему требует больших навыков ручного использования режущего инструмента. Только так можно гармонично настроить колокола.

колокола Самые сильные гармоники настроены так, чтобы находиться с в октаву интервалом ниже номинальной ноты, но другие ноты также необходимо привести в правильное соотношение. В общем, чем меньше колокольчик, тем выше его высота , при этом частота звука колокольчика зависит от квадрата его толщины и обратно пропорционально его диаметру. Толщина церковного колокола в самой толстой части («звуковой лук») обычно составляет одну тринадцатую его диаметра.

Если колокол смонтирован литой, без какой-либо настройки, его называют «девичьим колоколом». Русские колокола обрабатываются таким образом и отливаются под определенный тон.

Рисунок колокола в разрезе, показывающий колокольчик и внутреннюю часть. Виден профиль толщины раструба: наибольшая толщина находится у звуковой дуги ближе к низу (кромке).

Установка хлопушки

Предпочтительным материалом для колокольчика было кованое железо, но, поскольку его больше нет в наличии, теперь используются деревянные или чугунные языки. Колотушка или язычок изготавливается по тому же процессу, что и колокольчик. Особое внимание уделяется отливке хлопушки надлежащего веса, поскольку слишком легкая хлопушка не передаст истинные тона колокола, а тяжелая хлопушка может привести к растрескиванию колокола. В верхней части колокола просверливаются отверстия, а язык прикрепляется к внутренней части колокола либо металлическим звеном, либо кожаным ремешком. Наконец колокол устанавливается в башню.

См. также

• Бенджамин Хэнкс (1755–1824), ювелир и производитель инструментов.
• Лими акустическое искусство

Ссылки

Цитируемая литература

• Коулман, Сатис Наррона (1928). Колокола, их история, легенды, изготовление и использование . Рэнд, МакНелли и компания. ISBN  978-1-4047-9112-1 . Проверено 8 сентября 2012 г.
• Джонстон, Рон (1986). Звон в колокола: английское искусство звона перемен . Великобритания: Викинг. стр. 40–41 . ISBN  0-670-80176-3 .
• Дженнингс, Тревор С. (1988). Изготовление колоколов . Принцы Рисборо, Англия: Шир. ISBN  0-85263-911-2 .
• Милхэм, Уиллис Исбистер (1945). Время и хронометристы: включая историю, конструкцию, уход и точность часов . Компания Макмиллан. стр. 313–318. ISBN  0-7808-0008-7 .
• Стармер, WW (1901). «Колокола и звонки» . Труды Музыкальной ассоциации, 28-я сессия . 28 . Taylor & Francisco, Ltd. от имени Королевской музыкальной ассоциации: 25–44. дои : 10.1093/jrma/28.1.25 . JSTOR   765451 .

Внешние ссылки

• Видео, объясняющее настройку колокола
• Видео отливки, настройки и установки 23-тонного лондонского олимпийского колокола.