Die der Kuckucksuhr zugrunde liegende Mechanik ist die eines Uhrwerkes, das über Pendel, Aufzugsketten und einen mechanisch ausgelösten Gong verfügt. Mit einer ähnlichen Zahnrad- und Kettentechnik wie bei diesen Uhren wird auch bei den Kuckucksuhren der Stundenruf ausgelöst. Statt des Klöppels, der den Stundenschlag auslöst, werden bei den Schwarzwälder Kuckucksuhren parallel sowohl die Zeige- und Bewegungsmechanik des Vogels als auch di akustische Wiedergabe des Rufes initiiert. Der Ruf selbst wird über verschiedene Hebelmechaniken durch eine Dudelsackpfeife im Miniaturformat hervorgebracht. Einige Kuckucksuhren bewegen dabei nicht nur den Vogel, sondern zusätzlich noch andere Figuren. Bei den traditionellen Kuckucksuhren kommen Aufzugsketten mit schweren Klöppeln zum Einsatz, die durch ihr Eigengewicht das Uhrwerk antreiben. Je nach Bauart der Kuckucksuhren können mehrere Ketten an der Uhr vorhanden sein. Eine ist in jedem Fall für das Uhrwerk selbst zur Anzeige der Uhrzeit verantwortlich.
Weitere Ketten sorgen für die Kraft, die für das Bewegen der verschiedenen schmückenden mechanischen Elemente der Schwarzwälder Kuckucksuhren notwendig ist. Welcher kühne Uhrmachermeister als erster eine Kuckucksuhr gebaut hat, ist historisch nicht genau zu klären. Auch kann man nicht mit Bestimmtheit sagen, in welchem Jahr der Christlichen Zeitrechnung die erste Kuckucksuhr gebaut wurde. Nachweisbar ist nur, dass es 1629 schon welche gegeben haben muss, denn im den Reiseberichten eines Augsburger Händlers wurde erwähnt, das der damalige sächsische Herrscher August zu dem Zeitpunkt schon einen solchen Zeitmesser besaß. Weitere urkundliche Erwähnungen fanden die Kuckucksuhren erst im Jahr 1650 in einer Publikation, die sich mit der mechanischen Funktionsweise der beweglichen Elemente einer Drehorgel befasste.
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