Vstupujeme do orloje

Malé železné dveře vedou dovnitř orloje do všech jeho pater, ke kalendářnímu, astronomickému a časoměrnému, a k nejvyššímu s apoštoly. Je to vstup úzký a nízký, ale určitě není na škodu, když se návštěvník mimoděk ukloní. Celá sestava orloje si tu úctu zaslouží.

Nevedou tudy turistické trasy, jako třeba na parléřovskou věž katedrály na Hradě. Několikrát za rok možná odborná exkurze z okruhu astronomů a matematiků, pravidelně jimi vstupuje jen orlojník, obvykle jedenkrát v týdnu.

Kolem věže byly od roku 1510 malé kupecké krámky, jak je vidět na dobových obrazech. Byly zrušeny v roce 1838, i když zvýšení obecních příjmů z pronájmů bylo určitě vítané. Vstup k orloji byl z radniční kaple, do prostoru, kde jsou dnes apoštolové. Současný vstup do orloje je z pozdější doby (1882), kdy byla opravována celá radnice a orloj byl po dobu stavebních prací zastaven. Musíme zdůraznit, že o původním stroji orloje je poměrně dost informací. Zachovaly se základní kované části - především tři ukazovací kola, díly bicího stroje a konstrukce rámu. Popis z 16.stol. od J. Táborského je dostatečně vypovídající o technické podobě orloje a provedených úpravách a předpokládáme-li, že do úprav koncem 15. stol. od Jana Růže se tento stroj podstatně neměnil, tak se právě Táborský setkal s ještě původním strojem. Také kniha V. Rosického (1923) se ve značném rozsahu věnuje technickému popisu. Další zdroje, výkresy R. Božka z počátku 19. stol., jsou v současné době bohužel nedostupné, protože v Národním technickém muzeu v Praze pokračuje dlouhodobá rekonstrukce a digitalizovány nejsou.

Samostatně natahované jednotlivé stroje jsou uloženy v kovaném původním rámu. Dnes jsou závaží ovládána elektrickými motory a řetězy s automatickým nátahem. Závaží se pohybují o patro níž, v prostoru za kalendářní deskou. Ještě v dobách V. Rosického byly u jednotlivých strojů bubny s provazy a byly natahovány ručně. Dobovou fotografii vnitřku stroje spolu s výkresem z boku a fotografií stroje před rekonstrukcí uveřejňujeme.

Hlavní stroj

Stroj hlavní, dnešní terminologií jicí, vede pomocí soukolí astrolábu tři ukazatele na astronomickém ciferníku.  Právě tento stroj odemyká další stroje, bicí, zvonící se strojem apoštolů a ovládání kalendářní desky. V daných intervalech je odjišťuje, tzv. vypouští a ty provedou určenou činnost a na konci se mechanicky uzamknou. Čekají na další impuls od stroje hlavního. Od roku 1865 je tento stroj ovládán odděleným hodinovým strojem a každou minutu provede krok, princip je podrobně popsán v kapitole o Božkově chronometru.

V prostoru těchto strojů je novodobý stroj čtyřiadvacetníku, ale ten je samostatný a s historickými stroji spojen není. Bližší také ve zvláštní kapitole.

Srdcem soukolí astrolábu jsou tři kovaná ozubená kola pro pohyb Slunce, Měsíce a zvířetníku. Sluneční kolo se otočí za jeden den (sluneční), má 366 zubů. Kolo ekliptiky má zubů 365, otočí se také jednou za den (hvězdný), jde tedy nepatrně rychleji a rozdíl jednoho zubu způsobí, že diference oběhů mezi Sluncem a zvířetníkem za rok je jeden den. Slunce tak za jeden rok projde všemi vyznačenými znameními na prstenci zvířetníku a může ukazovat, v jakém znamení se aktuální den v roce nachází.

Jejich významy jsou v samostatné kapitole. Třetí kované kolo je kolo měsíční. Na orloji má 379 zubů. Měsíc na obloze má svůj vlastní cyklus a ten je vztažen k oběhu kolem Země, kdy se vystřídají všechny jeho fáze, což je cca 29,1 dne. Ke Slunci má také vztah, protože právě jejich rozdílná rychlost oběhu způsobuje měsíční fáze. Při úplňku svítí Měsíc na noční obloze odraženým světlem od Slunce - jsou proti sobě v tzv. opozici, při novu není vidět, protože se pohybuje na obloze ve dne a Slunce ho přezáří. Přesně řečeno občas vidět je, ale jen při zatmění Slunce.

Pohyb symbolu Slunce po kruhu zvířetníku je poměrem zubů kol vyřešen jednoznačně, měsíční kolo se svými 379 zuby k nim v ideálním poměru není. Ani být nemůže, protože by muselo mít neúplný počet zubů a to je technický nesmysl. Se skutečností na obloze se tak symbol Měsíce rozcházel přibližně o jeden den za čtvrt roku. Musel být proto častěji seřizován, což tak velký problém nebyl, protože seřizování celého stroje bylo hlavní náplní práce orlojníka a dá se říci, že u stroje byl každý den. Jak píše Táborský (1570): „ ... Měsíc se tak úplně srovnávati nemůže, neb se zubové v kole jeho nemohou srovnati s grády zodiaku a postupováním Měsíce na nebi... když se nesrovnává, musíš mu připomoci rukama..“ Poměr zubů jednotlivých kol 365 : 366 : 379 byl nejvhodnějším kompromisem pro oběhy, ukazované na orloji. (To platí pro původní stav soukolí, kdy všechna tři kola pohání jeden pastorek. Pro zjednodušené řešení, kdy společný pastorek pohání pouze kolo Měsíce a Slunce, existuje vhodnější poměr zubů. Srovnejte například řešení orloje ve Stralsundu.)

Můžeme teoretizovat s matematiky a předpokládat násobek počtu zubů na všech kolech, například šestkrát. V tomto případě by byl poměr počtu zubů 2190 : 2196 : 2274. Změna počtu zubů měsíčního kola o jeden zub by pak představovala výrazné zlepšení přesnosti, chyba jednoho dne by nastávala přibližně za osm let. Ale výška zubů při dodržení současného průměru (116 cm) by musela být cca 0,25 cm a to je rozměr, se kterým by měla problémy i současná jemná mechanika (počítal Dr. Z .Šíma). Kromě toho by pastorky po malých zubech přeskakovaly zcela nekontrolovatelně. Smiřme se tedy s počtem zubů, jak je vyrobili naši předci před šesti sty léty a připomeňme si opět spolu s Táborským, že:“ ... musíš mu připomoci rukama..“ Problém nepřesnosti chodu Měsíce řešili při dodatečných opravách v roce 1866 (až po prvním slavnostním zahájení, viz kapitola Historie) a podrobně popisuje mechanizmus K. J. Erben a také V. Rosický. Opravné diferenciální soukolí pro Měsíc navrhl a ve své továrně vyrobil Čeněk V. Daněk, převod spočítal profesor na polytechnice Gustav Schmidt. Protože je na orloji dodnes, můžeme ho ukázat i na fotografii. Pohyb převodu je odvozen od původního pastorku, přes ozubená kola a přes nový, spodní pastorek se jako po výhybce vrací k měsíčnímu kolu. To je na původní ose uvolněné a další kolo opravného stroje do něj zabírá. Ani tento převod není zcela přesný (nebylo možné vložit kola větších rozměrů), ale chyba se výrazně zmenšila. ( Převod popisuje K. J. Erben takto: 4x26x169x379 / 61x28x157x24, což dělá 1,035048 dnů, jichž potřebuje ručička měsícová, aby jednou se otočila. ) 

Všechna tři kovaná hlavní kola mají stejný průměr, 116 cm s cca 1,2 cm vysokými předkovanými a pilovanými zuby s trojúhelníkovým profilem, detaily zpracování kol jsou samostatně v kapitole ( chvála kovářského řemesla ), přesnost na jeden milimetr v době kovářské aktuální nebyla. Od počátku byla upevněna na společné ose, což znamenalo vyrobit osu pro zvířetník a kolem další dva duté hřídele. Z nitra stroje tak byly na ciferník vyváděny tři soustředné pohyby a to je jeden z konstrukčních unikátů pražského orloje. Současné duté osy a hřídel nejsou původní, byly vyrobeny technologií 19. století. Kola poháněl jeden společný pastorek. (Dnes pro Měsíc upraveno vloženým difernciálním soukolím.)

Pro přesnost uveďme, že na astronomický ciferník jsou soustředné pohyby vyváděny čtyři, ještě je to novodobý mechanizmus čtyřiadvacetníku. Jeho chod není nyní odvozován od historického stroje. Vlastní pohon využívající vačku pravého slunečního času je pouze spouštěn také Božkovým chronometrem.

Kolo zvěrokruhu má asymetrický a výrazný prvek: u jednoho paprsku na obvodu má mohutné olověné závaží s mechanickými stopami, připomínající vyvažování automobilové pneumatiky. Je to proto, že kolo nese prstenec zvěrokruhu na astronomickém ciferníku a ten je upevněn excentricky. Závaží na vnitřním kole tak vyvažuje vnější prstenec.

Při opravě 1865 byl stroj upraven. Změněn byl zvonící stroj pro vypouštění apoštolů a další mechanizmy, například ovládání vypouštění jicího stroje od chronometru. Stroj apoštolů se jednou za hodinu asi na půl minuty roztočí. Rachocení řetězových kol a rotace větrníkových brzd a tlumičů v tak malém prostoru je zážitek, najděte si toto představení na některém videozáznamu. Větrníky jsou u stroje tři a další, malý, je u chronometru.

Sluneční kolo nese na jedné straně 24 kolíků, ty jsou určena přes lanka k ovládání vypouštěcího strojku kalendářní desky v patře pod hlavním strojem.

Jen je nutné jednou za čtyři roky myslet na přechodný rok a na jeden den ovládací lanko odpojit. Kalendářní kolo je na ose vyvažováno závažím. Na kole jsou vidět nepravidelně rozmístěné kolíky, dnes nefunkční, které byly určeny pro spouštění posunu čtyřiadvacetníku. Mechanizmus byl vyroben v roce 1865 a blíže o něm píšeme ve zvláštní kapitole. Posun kalendářního kola, odvozený od pohybu kola slunečního, byl poměrně jednoduše řešitelný už v dobách úprav Jana Růže (1490). Pravděpodobně ho chtěl zavést už on, ale k tomu nedošlo a deska byla posunována každý den ručně. Zautomatizoval ho až Táborský v roce 1566, jak o tom píše ve své Zprávě. Bylo to i v jeho zájmu, aby si ulehčil práci, protože musel na orloj chodit každý den. Táborský

zdokonaloval orloj dvacet let (do roku 1572) a svým následníkům ho zanechal plně automatizovaný, samozřejmě podle dobových možností. Paradoxní je proto úřední dokument z roku 1593, kdy instrukce pro spravování orloje ukládá najatému orlojníkovi povinnost dohlížet na orloj dvakrát nebo i třikrát denně. Instrukce ale zavádí rozumné nařízení, aby: „ ... dva správcové byli a jeden od druhého aby se učil, sešel-li by jeden, aby to druhý spravovati mohl“. Nepodařilo se nám zjistit, zda náhodou tento předpis neplatí dodnes.

Pro pohyb apoštolů bylo při opravě 1864-65 upraveno zvonicí zařízení, ale tak, že základní strukturu orloje nepostihlo. Celé zařízení pracuje tak, že při vypuštění apoštolů a jejich pohybu po dvou točnách (šest ramen na heptagonu, sedmiúhelníku) se zároveň hýbou čtyři pohyblivé sochy, kdy smrtka zvoní na zvoneček a po ukončení představení (40 vteřin) je spouštěno odbíjení hodin na cimbál. Převod do horního patra s apoštoly je řetězovým kolem, které je vysunuto z půdorysu klece.

Na závěr připomeňme soukolí, které už na orloji není, první provedení jicího stroje. Někdy ve 13. století vznikl mechanizmus k pravidelnému krokovému posunu, lihýř. Systém je složen z horizontálně umístěné, obvykle hranaté tyče ve tvaru pravítka, se dvěma posunovatelnými závažími na ramenech. Pohybuje se kolem svislé osy, což je s ní pevně spojená další tyč. Svislá tyč má dvě lopatky, které jsou střídavě odsouvány jakoby „křivými“ zuby, vykovanými na boku obruče, lihýřového kola. To je poháněno obvyklým způsobem, bubnem s lanem a závažím. U starých hodin byla závaží obvykle kamenná. Při výkyvech do krajních poloh se vrací lihýřové kolo nepatrně zpět, koná tak vřetenový a také vratný pohyb. Posunováním dvou závaží na horizontálních ramenech se chod celého systému zpomaluje nebo zrychluje. Vratný pohyb je příčinou nepřesností, první hodiny s tímto systémem měly obvykle i půlhodinovou chybu za jeden den. Kdo vymyslel krok s lihýřem, není známo. Ale až do použití kyvadla (zákon kyvu Galileo Galilei roku 1637, v hodinářské praxi Christian Huygens, 1656) to byl jediný způsob, jak u kolečkových strojů vypouštět plynule a pomalu zub za zubem.

Hodiny s původním mechanizmem lihýře jsou dnes vzácné. Mnoho jich bylo později upraveno na kyvadlový oscilátor, dnes bychom řekli upgrade. Škoda, že Táborský kyvadlo ještě nemohl znát. V jiné kapitole píšeme o J. Prokešovi, který se v polovině 19. století ucházel o opravu orloje, ale nevíme, zda chtěl původní stroj s lihýřem zachovat nebo ho nahradit. Původní hodiny tak byly na pražském orloji až do velké opravy v roce 1864-1865, kdy bylo rozhodnuto o jejich nahrazení moderním chronometrem R. Božka. Ten se stal hlavním, jicím strojem a řídí chod orloje. To je už další etapa vývoje, věnujeme jí samostatnou kapitolu.