Das Bedürfnis die Tage einzuteilen, bzw. die Zeit zu messen, scheint ein Grundbedürfnis des Menschen zu sein. Viele alte Zivilisationen beobachteten die Himmelskörper, besonders die Sonne und den Mond, um Uhrzeiten, Daten und die Jahreszeiten zu bestimmen. Methoden der sexagesimalen Zeitmessung, heute häufig in der westlichen Gesellschaft angewendet, entstanden zum ersten Mal vor fast 4000 Jahren in Mesopotamien und Ägypten, ein ähnliches System wurde später in Mittelamerika entwickelt. Die ersten Kalender wurden möglicherweise von Jägern und Sammlern während der letzten Eiszeit angelegt. Sie hatten Stöcke und Knochen, die den Phasenlängen des Mondes oder der Jahreszeiten entsprachen, eingesetzt. Steinkreise, wie Stonehenge in England, wurden vor allem im prähistorischen Europa und in verschiedenen Teilen der Welt gebaut. Man vermutet, dass sie zur Vorhersage der saisonalen und jährlichen Veranstaltungen wie Tagundnachtgleiche oder Sonnenwende benutzt wurden.
Die frühesten mittelalterlichen europäischen Uhrmacher waren christliche Mönche. Mittelalterliche Klöster und Lehranstalten benötigten Uhren, weil das tägliche Gebet- und die Arbeitszeitpläne ausschließlich nach ihnen reguliert wurden. Dieses wurde mit verschiedenen Arten der Zeitmessgeräte getan, wie der Sonnenuhr, der Wasseruhr, der Sanduhr oder der Kerzenuhr. Diese Uhrenarten wurden auch kombiniert benutzt.

Die Wasseruhr
Wasseruhren wurden schon von den Griechen und Römern vielfältig genutzt. Oft waren sie mit ausgeklügelten mechanischen Spielereien versehen. Später waren die Araber führend in der Wasseruhrmechanik. Die Wasseruhr galt über Jahrhunderte als königliches Geschenk. Schon 507 n. Chr. schenkte Theoderich, der damalige Regent über Italien, dem Burgunderkönig Sigmund eine Schatten- und eine Wasseruhr. Das Aussehen der Uhren deutete in den Schreiben des 11. Jahrhunderts an, dass sie in Europa zu diesem Zeitraum weithin bekannt waren. Wichtige Zeiten wurden im Kloster durch Glockenzeichen oder durch eine mechanische Vorrichtung, wie ein fallendes Gewicht oder einen drehenden Klopfer, verkündet. Unter den Mönchen waren auch talentierte Uhrmacher. Im Jahre 996 n. Chr. wurde von dem zukünftigen Papst Sylvester II die erste vermerkte Uhr in der Stadt Magdeburg errichtet. Peter Lightfoot, ein Mönch des 14. Jahrhunderts von Glastonbury, errichtete eine der ältesten Uhren, die noch im Wissenschafts-Museum in London zu besichtigen ist.  Im frühen 14. Jahrhundert bezog sich der florentinische Dichter Dante Alighieri auf eine Uhr in seinem Paradiso, die den ersten literarischen Hinweis auf ein Stundenglockenwerk enthielt. Die früheste ausführliche Beschreibung des Uhrwerks wurde von Giovanni Da Dondi, Professor von Astronomie in Padua, in seiner Abhandlung des Jahres 1364 IL Tractatus Astrarii dargestellt. Andere bemerkenswerte Beispiele in diesem Zeitraum wurden in Mailand (1335), in Straßburg (1354), in Lund (1380), in Rouen (1389) und in Prag (1410) aufgebaut.

Die Sonnenuhr
Nach dem Ende des Römischen Reiches gingen Gebrauch und Anfertigung von Sonnenuhren zurück. Das Wissen darüber ging nahezu verloren. Seit dem achten Jahrhundert n. Chr. wurden wieder einfache Sonnenuhren wie die Wand-Sonnenuhren angefertigt. Ihr jetzt verwendeter Name Kanoniale Sonnenuhren deutet ihren Gebrauch in Klöstern und deren Umgebung an. Man erinnerte mit ihnen an die am Tage zu verrichtenden, seit Benedikt von Nursia (ca 500 n. Chr.) streng geregelten Gebete. Dabei wurde in Kauf genommen, dass die mit einer solchen unvollkommenen Sonnenuhr angezeigten Gebetszeiten weder gleichmäßig über den Tag verteilt, noch unabhängig von der Jahreszeit waren. Die Verbreitung dieses Typs ging mit der von Irland und England ausgehenden missionarischen Tätigkeit der Benediktiner einher.

Nach den Kreuzzügen tauchte in Europa der Polstab auf, womit die Sonnenuhr ihre prinzipielle Vollkommenheit erlangte, wenn man davon absieht, dass die von ihr angezeigte Wahre Ortszeit noch mit dem “Fehler” der Zeitgleichung behaftet ist. Der Polstab wird erstmalig im 13. Jahrhundert vom Araber Abul Hassan al Marrakushi beschrieben, was darauf deutet, dass er eine arabische Erfindung ist.

Obwohl nichts Wesentliches mehr zu erfinden war, begann aber jetzt (vor allem nach der Renaissance) eine hohe Zeit für die Sonnenuhr. Die Sonnenuhr wurde Objekt der Kunst und der Mathematik, der Phantasie der Gestalter waren keine Grenzen gesetzt.

Die Wandsonnenuhr: Eine mit einer Schnur an eine Wand zu hängende Sonnenuhr stammt aus dem 13. Jahrhundert v. Chr. Ihre senkrechte Auffangfläche ist halbkreisförmig. Die Ableseskala für zwölf Stunden besteht aus 13 radialen in Stein geritzten Linien, in deren Mittelpunkt sich ein Loch für einen waagerechten schattenwerfenden Bronzestift befindet. Die Linien haben untereinander gleichen Winkelabstand. Der moderne Name einer solchen Uhr ist Kanoniale Sonnenuhr (im Europa des Mittelalters vorwiegend in Klöstern verwendet). Mit ihnen ist keine von der Jahreszeit unabhängige, über den Tag gleichmäßige Zeitanzeige möglich.

Der Polstab: Der Polstab ist der in einer Sonnenuhr am meisten gebrauchte Schattenwerfer. Dabei handelt es sich in der Regel um einen dünnen Stab, der parallel zur Erdachse angeordnet ist, er schneidet also die Horizontebene in dem Winkel, der der geografischen Breite entspricht.

Die Sonne läuft scheinbar täglich einmal um die Erde. Die Achse dieser Bewegung ist mit genügender Genauigkeit auch der Polstab, denn dessen Abstand von der Erdachse ist im Vergleich zum Radius der kreisförmig angenommenen Sonnenbahn vernachlässigbar klein.
Der Polstab wird als Polos bereits von Herodot erwähnt. Seine Anwendung ist aber erst seit dem späten Mittelalter sicher bekannt. Zur gleichen Zeit kamen äquinoktiale Stunden in allgemeinen Gebrauch. Die vorher üblichen temporalen Stunden lassen sich auf einer Sonnenuhr nur mit punktförmigem Schattenwerfer (Nodus) anzeigen.

Die erste nachweisbare Uhr war eine Wasseruhr oder Klepsydra, wie sie um ca. 1380 v. Chr. in Ägypten verwendet wurde. Sie wurde später von den Griechen und Römern dazu benutzt, die Zeit bei Gericht festzuhalten. Als erste mechanische Uhr gilt ein um 1250 am Hofe Ludwig IX. in Paris entwickeltes Gerät. Vermutlich sind aber Schwingungsvorgänge wie das PendelSanduhr neben der mechanischen Räderuhr als einfaches nichtmechanisches Zeitmessgerät eingesetzt, schon vor Jahrtausenden zur Zeitmessung benutzt worden. Ab dem 14. Jahrhundert wurde die Sanduhr neben der mechanischen Räderuhr als einfaches nichtmechanisches Zeitmessgerät eingesetzt.

Die Sanduhr
Während seiner Weltumseglung im Jahre 1522, verwendete der portugiesische Seefahrer Ferdinand Magellan auf jedem seiner Schiffe 18 Sanduhren. Da die Sanduhr einer der wenigen zuverlässigen Methoden zur Messung der Zeit auf See war, wird spekuliert, dass sie schon im 11. Jahrhundert an Bord von Schiffen als Hilfsmittel zur Navigation ergänzend eingesetzt wurden. Allerdings tauchten die frühesten Belege für ihre Verwendung in der Malerei Allegorie der Guten Regierung von Ambrogio Lorenzetti im Jahre 1338 auf. Sanduhren hatten als Prinzip wie heute noch, den von einer Kammer zur unteren Kammer durch eine Enge rinnenden Sand als Zeitmaß. Meist war die verrinnende Zeit auf eine halbe Stunde begrenzt. Vom 15. Jahrhundert an wurden Sanduhren in einem breiten Spektrum angewendet. Sie wurde hauptsächlich zum Messen kurzer Zeitspannen benutzt, etwa um Zeiten einer Predigt oder gar Redezeit vor Gericht festzulegen. In der Seefahrt bestimmte sie den Wachablauf in vier Stunden Wachen zu acht Glasen. Ein Schiffsjunge musste alle halbe Stunde die Sanduhr umdrehen. Auch in der Industrie und in der Küche fand die Sanduhr ihre Anwendung. Sie waren die ersten zuverlässigen, wieder verwendbaren, hinreichend genauen und leicht zu bauenden Zeitmessgeräte. Das Stundenglas wurde im Mittelalter als Symbol der verrinnenden Zeit und der Vergänglichkeit des Menschen betrachtet.

Die Kerzenuhr
In der Geschichtsschreibung wurde erwähnt, dass König Alfred der Große von England im 9. Jahrhundert in Europa die Kerzenuhr erfand. Sie bestand aus sechs Wachskerzen, die 30 Zentimeter hoch und eine gleichmäßige Dicke von 2,5 Zentimeter hatten. Die Brenndauer einer Wachskerze betrug vier Stunden. Sein Chronist überlieferte, dass er exakt 8 Stunden für seine öffentlichen Pflichten, 8 Stunden für das Studieren, Essen und Schlafen sowie 8 Stunden für das Gebet aufbrachte. Um seinen strukturierten Tagesablauf durchhalten zu können, benötigte er täglich 6 Wachskerzen, welche er in einer Laterne aufbewahrte, um die Gleichmäßigkeit des Abbrennens zu optimieren.
Die modernsten Kerzenuhren ihrer Zeit waren die von Al-Jazari im Jahr 1206. Seine Kerzenuhr enthielt ein Zifferblatt mit Zeitanzeige, die zum ersten Mal durch einen Bajonettverschluss gehalten wurde. Dieser Befestigungsmechanismus wurde noch in der Neuzeit verwendet.
Donald Routledge Hill beschrieb die Al-Jazari Kerzenuhre folgenderweise:
Die Kerze, deren Abbrandgeschwindigkeit bekannt war, trug an der Unterseite der Kappe ein Loch, durch den der Docht geführt wurde. Das abgebrannte Wachs wurde in dem Einzug gesammelt und konnte periodisch entfernt werden, so dass es nicht mit der ständig brennenden Kerze in Berührung kam. Der untere Teil der Kerze lag in einer flachen Schale, die mit einem Ring an ihrer Seite über Rollen mit einem Gegengewicht verbunden war. Durch den Abbrand der Kerze schob sich das Gewicht mit einer konstanten Geschwindigkeit nach oben. Die Zeitanzeige wurde von der Schüssel an der Unterseite der Kerze betrieben.


Quellen:
- Routledge Hill, Donald: Mechanical Engineering in the Medieval Near East. Scientific American, May 1991, Seite 64–69, cf. Donald Routledge Hill, Mechanical Engineerings
- Reid, Thomas: Treatise on Clock and Watch Making: Theoretical and Practicals. 1832
- Clockworks: Candle clock Encyclopædia Britannica
- Rohr: Die Sonnenuhr. S. 27-28
- Macey, Samuel L.: Encyclopedia of Time New York: 1994 Garland Pub, Seite 209, ISBN 0-8153-0615-6
- René R. J. Rohr: Die Sonnenuhr. Geschichte, Theorie, Funktion. Callwey, München 1982, ISBN 3-7667-0610-1