Литье колоколов — это литье и настройка больших бронзовых колоколов в литейном цехе для использования в церквях , часовых башнях и общественных зданиях, либо для обозначения времени или события, либо в качестве музыкального карильона или перезвона . Большие колокола изготавливаются путем литья колокольного металла в формы, предназначенные для их предполагаемой музыкальной высоты тона . Затем выполняется дальнейшая тонкая настройка с использованием токарного станка для снятия металла с колокола, чтобы получить характерный тон колокола, воспроизводя правильные музыкальные гармоники .
Литейное дело в Восточной Азии датируется примерно 2000 годом до нашей эры [1] , а в Европе — 4 или 5 веком нашей эры. В Британии археологические раскопки выявили следы печей , показывающие, что колокола часто отливались на месте в ямах в церкви или на ее территории. Централизованные литейные цеха стали обычным явлением, когда железные дороги позволили легко перевозить колокола, что привело к доминированию литейщиков, таких как Whitechapel Bell Foundry и John Taylor & Co из Лафборо.
В других местах мира до сих пор действуют несколько литейных заводов, некоторые из которых используют традиционные методы, а некоторые — новейшие литейные технологии. Современные литейные заводы производят гармонично настроенные колокола, используя принципы, установленные в конце 19 века; некоторые из них также весьма декоративны.
Литье колоколов имело важное значение на протяжении всей истории древних цивилизаций. Восточные колокола, известные своими огромными размерами, были одними из самых ранних колоколов, сделанных за много столетий до европейского железного века . Самые ранние колокола были сделаны из керамики, позже переросшей в литье металлических колоколов. [2] Археологические свидетельства литья колоколов появляются в неолитическом Китае.
Самые ранние металлические колокола, один из которых был найден на месте Таосы , а четыре — на месте Эрлитоу , датируются примерно 2000 годом до нашей эры. [1] К 13 веку до нашей эры в Китае отливали колокола весом более 150 килограммов (330 фунтов). После 1000 года нашей эры 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 . [3]
Переносные колокола пришли в Британию с распространением кельтского христианства , и большинство из тех, что сохранились до сих пор, связаны с Шотландией, Уэльсом и Ирландией. [4] Литье колоколов в Британии было обусловлено монашеством , которое обеспечивало спрос и опыт в ранний средневековый период. [4] [5] Большие колокола в Англии упоминаются Бедой еще в 670 году н. э., 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 . [4] Хронологии аббата Ингульфа предполагают, что Туркитель , первый аббат Кроуленда , подарил аббатству колокол под названием Гутлак, после чего его преемник Эгельрик Старший отлил еще шесть колоколов — два больших, два средних и два маленьких — чтобы завершить звон из семи. [4] В тот же период другие священнослужители участвовали в отливке колоколов. Святой Дунстан , «Глава 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, отлитых святым Этельволдом . [6] Методы формовки методом литья по выплавляемым моделям были описаны монахом-бенедиктинцем тринадцатого века Уолтером де Одингтоном из аббатства Ившем. [4]
Литейное дело как коммерческая отрасль появилось позже. Независимые мастера создавали постоянные литейные цеха в городах, таких как Лондон, Глостер, Солсбери, Бери-Сент-Эдмундс, Норвич и Колчестер. [5] Хотя это привлекало торговлю из окрестных деревень, средневековые литейщики не ограничивались изготовлением колоколов как единственным источником средств к существованию. Вместо этого они часто совмещали его со смежными ремеслами, такими как изготовление металлических изделий, утвари и оружейного дела. [7] Некоторые литейщики были странствующими, путешествуя из церкви в церковь, чтобы отливать колокола на месте. [ необходима цитата ]
Эти ранние колокола имели плохой тон из-за как переменного состава сплава, так и отсутствия понимания создания правильной формы для гармонического тона; но со временем форма колокола была улучшена. Углы на короне и звуковой дуге постепенно сглаживались, а талия становилась короче, расширяясь больше к устью. Хотя методы настройки все еще были неопределенными и эмпирическими, наборы колоколов в диатонических гаммах были установлены в важных приходских церквях и монастырях. [7]
Хотя большинство литейщиков колоколов были мужчинами, некоторые женщины также были частью этого искусства, например, Джоанна Хилл, которая переняла бизнес своего мужа, а затем оставила его своей дочери. [8] [9]
Археологические раскопки церковных дворов в Британии обнаружили печи , что говорит о том, что колокола часто отливались на месте в ямах, вырытых на территории здания. [10] Большой Том Линкольнского собора был отлит во дворе Минстера в 1610 году, а большой колокол Кентербери — во дворе собора в 1762 году. [10] Когда литье было завершено, над литейной ямой была построена башня, и колокол подняли прямо в башню. [11] В некоторых случаях, например, в Киркби-Малзиарде и Хадденхэме, колокола фактически отливались в церкви. [10]
Франсуа Эмони (ок. 1609–1667) и его брат Питер, Пьер или Питер Эмони (1619–1680) были величайшими литейщиками карильонных колоколов в истории Нидерландов . Они развили карильон в сотрудничестве с Якобом ван Эйком в полноценный музыкальный инструмент, отлив первый настроенный карильон в 1644 году. Братья Эмони считаются первыми из современных западных литейщиков колоколов, которые использовали научный подход к отливке оптимальной формы и настройке колоколов на гармонические принципы.
Колокола для создания функционального звука обычно изготавливаются путем литья колокольного металла, сплава бронзы . На протяжении всей истории проводилось много экспериментов с составом; в колоколах Генриха II меди было почти вдвое больше, чем олова , в то время как в более ранних ассирийских бронзовых колоколах меди к олову было в десять раз больше. [12] Однако признанным лучшим составом для колокольного металла является соотношение примерно 80 процентов меди и 20 процентов олова. [13] Колокольный металл с такими соотношениями используется уже более 3000 лет и известен своим резонансом и «привлекательным звуком». [14] Олово и медь — относительно мягкие металлы, которые деформируются при ударе. Путем сплавления создается более твердый и жесткий металл, но также обладающий большей эластичностью, чем при использовании одного металла. [14] Это обеспечивает лучший резонанс и заставляет колокол «вибрировать как пружина при ударе», необходимое качество, поскольку язык может ударять со скоростью до 600 миль в час [ сомнительно – обсудить ] .
Силы, удерживающие олово и медь вместе, вызывают вибрации, а не трещины при ударе по колоколу, что создает резонансный тон. [14] Это сочетание металлов также приводит к получению прочного, износостойкого материала, который устойчив к окислению и подвержен только первоначальному поверхностному выветриванию . Ярь-медянка образует защитную патину на поверхности колокола, которая покрывает его от дальнейшего окисления. [11] Самая твердая и прочная бронза содержит большое количество олова и мало свинца, хотя сплав с более чем 25 процентами олова будет иметь низкую температуру плавления и станет хрупким и подверженным растрескиванию. [11] [15]
Эта низкая температура плавления оказалась немезидой третьей попытки России отлить Царь-колокол с 1733 по 1735 год. [11] В колокол так и не позвонили, а огромная плита (11,5 тонн) откололась во время пожара в Кремле в 1737 году, прежде чем его удалось поднять из литейной ямы. Горящие бревна упали в литейную яму, и было принято решение: либо оставить их гореть и рискнуть расплавить колокол, либо вылить на них воду и рискнуть растрескаться из-за слишком быстрого охлаждения. Был выбран последний вариант, и, как и опасались, из-за неравномерного охлаждения колокол был поврежден. [16] Нынешний колокол иногда называют Колокол III (Колокол III), потому что это третья переплавка; остатки старого колокола были расплавлены, а металл повторно использован для отливки нового колокола. Такая практика была довольно распространенной, так как металлические материалы были очень дорогими. [15] [17] Колокольный металл считался настолько ценным, что первые бронзовые монеты для Англии были отчеканены во Франции из переплавленных старых колоколов. [18]
Другие материалы, которые иногда использовались для литья колоколов, — это латунь или железо . Сталь была опробована в период интенсивного строительства церквей в середине девятнадцатого века в Англии из-за ее экономичности по сравнению с бронзой, но она оказалась непрочной, и производство прекратилось в 1870-х годах. [19] Их также изготавливали из стекла, но хотя колокола этого типа производили удачный тон, это вещество, будучи очень хрупким, не могло выдержать постоянного использования языка. [18]
По народной традиции, металл для колоколов содержал золото и серебро , как составные части сплава, поскольку записано, что богатые и набожные люди бросали монеты в печь, когда колокола отливали на церковном дворе. Считалось, что эта практика улучшает тон колокола. Однако это, вероятно, ошибочно, поскольку нет никаких подлинных анализов металла для колоколов, древних или современных, которые показывают, что золото или серебро когда-либо использовались в качестве составной части сплава. Если их использовать в больших количествах, добавление повредит тон, а не улучшит его. [18] [20] Небольшие количества других металлов, обнаруженных в старом металле для колоколов, вероятно, являются примесями в металлах, используемых для формирования сплава. [18]
Декоративные колокольчики могут быть изготовлены из таких материалов, как рог, дерево и глина. [15]
Принцип литья колоколов остался по сути тем же с XII века. Колокола отливаются устьем вниз, в двухкомпонентной форме, состоящей из ядра и мантии или крышки, помещенной поверх нее. Они изготавливаются по точным профилям, так что между ними остается воздушное пространство, которое заполняется расплавленным металлом. [21] [15]
Сначала профиль колокола рассчитывается по точным спецификациям, чтобы гарантировать, что его можно правильно настроить. Для формирования формовочной глины используются два деревянных шаблона, называемых «досками для струйной обработки». Один соответствует размерам внешнего колокола (называемого корпусом или крышкой); другой соответствует размерам внутреннего колокола (называемого сердцевиной). [15] Обычно эти доски представляют собой стандартные профили, которые были разработаны эмпирическим путем и расчетным путем для каждого размера колокола.
Точная модель внутренней поверхности колокола строится на опорной плите с использованием пористых материалов, таких как кокс , камень или кирпич . Затем он сначала покрывается песком или суглинком (иногда смешанным с соломой и конским навозом) и глиной, чтобы сформировать гладкий профиль. Этому придается профиль с помощью внутренней доски для стрикинга. Он также известен как «ложный колокол» и затем высушивается при слабом нагреве в печи. Затем ложный колокол покрывается расплавленным воском, а фигуры и надписи , также сделанные из воска, наносятся сверху вручную. Ложный колокол покрывается тремя слоями огнеупорной глины, а затем закрывается стальной оболочкой. Пустое пространство между ложным колоколом и оболочкой заполняется цементом и оставляется затвердевать, прежде чем оболочка снимается. Ложный колокол откалывается от внутреннего ядра, чтобы оставить воск и цемент. Любые оставшиеся обрывки ложного колокола удаляются паяльной лампой. Затем форму помещают на костер из кокса, чтобы расплавить оставшийся воск и испарить всю накопившуюся воду. [15]
Вместо использования стальной оболочки и цемента, внутренние и внешние формы также могут быть сделаны полностью из глины. В этом случае формы обычно изготавливаются изнутри наружу — сначала внутренняя форма поверх коксового, каменного или кирпичного сердечника, затем ложный колокол, включая восковые украшения, как указано выше, и, наконец, внешняя форма с добавленным железным кольцом и армированием из волокна (например, пеньки). На этом этапе вставляется стальная скоба , на которой будет висеть язык. Разделительные агенты используются для предотвращения слишком близкого прилипания ложного колокола к обеим формам. Наконец, после подъема внешней формы ложный колокол можно разрушить, а внешнюю форму опустить обратно на внутреннюю форму, готовую к литью. [22] [23] [15]
Внешняя форма колокола в крышке или мантии опускается над внутренней формой, и они зажимаются вместе, оставляя между ними пространство, которое заполнит 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. [24]
Сырье из меди и олова плавится в печи до тех пор, пока не станет жидким при температуре около 1100 °C (2010 °F). Часто добавляется лом бронзы от старых колоколов, особенно если отливаемый колокол является заменой существующего колокола, который, по сути, перерабатывается.
Жидкий металл снимают, чтобы удалить примеси, затем заливают в форму, используя либо наклонный ковш, подвешенный к крану, либо систему кирпичных каналов, построенных в литейной яме, что позволяет металлу течь непосредственно из печи в отдельные формы. [22] Когда металл поступает в форму, отверстия в верхней части кожуха обеспечивают выход газов, в противном случае существует риск, что колокол будет пористым и подверженным растрескиванию. [15] Пористость также может возникнуть, если форма влажная или не имеет надлежащей температуры, или металл при заливке недостаточно горячий. Отливке дают остыть в течение нескольких дней, а большие колокола могут остывать более недели. Маленькие колокола, весом менее 500 фунтов (230 кг), можно извлечь из форм на следующий день. [25]
После того, как колокол и оборудование остынут, форма, содержащая только что отлитый колокол, поднимается из ямы с помощью выступающих цапф корпуса колокола. Стержневая плита разжимается, и стержень выламывается. Затем колокол осторожно извлекается из корпуса. На этом этапе смахивается вся оставшаяся суглинка, прилипшая к колоколу, и облой (избыточный металл), который мог образоваться под ободом колокола — из-за усадки формы в присутствии горячего металла — обрезается. Это завершает процесс литья. [26]
Колокола отливаются с определенными профилями, которые были усовершенствованы в начале 20-го века, чтобы гарантировать, что их можно будет гармонично настроить путем удаления небольшого количества металла для корректировки их гармоник. Для карильона или английского кольца колоколов полного круга ударная нота каждого колокола должна соответствовать диатонической шкале других, и для этого гармоники каждого колокола должны быть настроены так, чтобы гармонировать с его ударной нотой. Поскольку ударная нота колокола слегка зависит от его гармоник, это может быть итерационным процессом. Первоначальная оценка проводится для получения средней высоты тона для шкалы, так как это зависит от допусков литья. Из-за этого компромисса большие колокола не всегда настраиваются на концертную высоту тона .
На протяжении столетий было проведено много экспериментов и испытаний для определения точной формы, которая даст наилучший тон. На заре литья колоколов колокола профилировались с использованием эмпирических методов, а внутренняя часть колокола или край губы скалывались для регулировки настройки после литья. [27] С изобретением современных металлообрабатывающих станков это стало более точно выполняться с помощью вертикального настроечного станка, который мог снимать металл в любом месте по талии колокола, что позволяло настраивать различные гармоники и надежно внедрять гармоническую настройку в процесс производства.
Металл можно удалить только в процессе настройки; его нельзя добавить. Поэтому колокол отливается с немного более толстым профилем, чем требуется для гармонической настройки. Чтобы настроить колокол, его помещают на вертикальный токарный станок, и металл удаляется режущим инструментом по мере его вращения. Настройщик колоколов должен быть высококвалифицированным и раньше использовал камертоны для установки настройки; теперь это делается электронным способом, но все еще требует большого ручного мастерства в использовании режущего инструмента. Только таким образом можно настроить колокола гармонично.
Самые сильные гармоники колокола настроены так, чтобы они были на октавных интервалах ниже номинальной ноты, но другие ноты также должны быть приведены в правильное соотношение. [28] В общем, чем меньше колокол, тем выше высота тона , при этом частота ноты колокола изменяется пропорционально квадрату его толщины и обратно пропорционально его диаметру. [18] Толщина церковного колокола в его самой толстой части («звуковая смычка») обычно составляет одну тринадцатую его диаметра. [11]
Если колокол установлен литой, без настройки, то его называют «девичьим колоколом». Русские колокола обрабатываются таким образом и отливаются для получения определенного тона. [11]
Предпочтительным материалом для языка колокола было кованое железо , но поскольку его больше не достать, сейчас используют языки из дерева или чугуна. [29] [30] Язык или язычок изготавливается по тому же процессу, что и колокол. Особое внимание уделяется отливке языка с надлежащим весом, так как слишком легкий язык не выявит истинные тона колокола, а тяжелый язык может привести к трещине в колоколе. [15] В верхней части колокола просверливаются отверстия, и язык крепится к внутренней части колокола либо металлическим звеном, либо кожаным ремешком. Наконец, колокол устанавливается на башне. [11]
Китай, по-видимому, изготовил самые ранние колокола в мире... самые ранние металлические колокольчики, возможно, произошли от керамических прототипов, которые, по-видимому, восходят к позднему этапу культуры Ян-Шао (начало третьего тысячелетия до н. э.)
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь ){{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )