Что и зачем, кто и когда придумал в механических часах?

часть 2 (начало в номере 5-2008) Кто, что и когда изобрел в часах?Когда и как появились сложные детали современных механических часов и как они совершенствовались, прежде чем приняли свой сегодняшний вид? Ответ на эти вопросы порой приходится искать в истории 400-летней давности

Когда и как появились сложные детали современных механических часов и как они совершенствовались, прежде чем приняли свой сегодняшний вид? Ответ на эти вопросы порой приходится искать в истории 400-летней давности…

Механизм автоподзавода

Создание современных механизмов автоподзавода пружинного двигателя часов имеет почти двухвековую историю. Впервые он был предложен в 1770 г. швейцарским часовщиком из Лелокля Аврагамом-Льюисом Перелетом, который «догадался» использовать неуравновешенный сектор тяжелого ротора для подзавода пружинного двигателя часов. Быстрая реализация этого изобретения обязана тому обстоятельству, что учителем Перелета был известный часовщик Авраам-Луи Бреге. Он внес некоторые изменения в механизм связи сектора автоподзавода с заводным валом двигателя и изготовил ряд различных карманных часов с таким автоподзаводом. Несколько позже, в 1780 г., патент на аналогичные «самозаводящиеся» часы был выдан в Англии часовщику-механику Льюису Рекордану.

Что касается наручных часов с автоподзаводом, то их создание затянулось на полтора века. Лишь в 1924 г. английскому мастеру Джону Гарвуду был выдан патент на первые наручные часы с автоподзаводом. Для промышленного выпуска часов Гарвуда, обладающих, несомненно, заметными сервисными преимуществами, в Лондоне было создано специальное промышленно-коммерческое предприятие, которое за несколько первых лет работы изготовило и продало около 5000 таких наручных часов. В 1948 г. швейцарская фирма Ebosh начала выпуск женских наручных часов с автоподзаводом. Однако широкое освоение и массовое производство наручных часов с автоподзаводом началось с середины 1960-х годов. После 1963 г. такие часы выпускали более 20 швейцарских фирм, ежегодный прирост объемов производства превышал 13%. В Японии к этому времени часы с автоподзаводом составляли более 40% всего выпуска. Дальнейший быстрый рост их производства был обусловлен особыми причинами – острой конкуренцией со стороны кварцевых часов.

Дальнейшее усовершенствование наручных часов с автоподзаводом привело к отбору для промышленного выпуска наиболее эффективных типов автоподзавода – в основном моделей с неограниченным двухсторонним движения сектора и двухсторонним преобразованием этого движения в одностороннее движение заводного вала двигателя путем использования особых переключателей (храпового, трензельного или с обгонной муфтой).

Для предотвращения перенапряжения и угрозы поломки заводной пружины стали применять фрикционные накладки при креплении внешнего витка пружины, для увеличения момента подзавода сектор стали изготавливать из специальных тяжелых сплавов, его опоры перевели на более стойкие к перегрузкам микроминиатюрные подшипники, в ряде случаев с корундовыми шариками и т.д. Были разработаны и освоены в производстве и специальные модификации таких автоподзаводов для особо тонких часов (до 2,0-2,5 мм толщиной). Это достигалось боковым расположением сектора в пространстве между центральной осью часов и краем платины.


К настоящему времени механические наручные часы успешно конкурируют с кварцевыми, и значительную часть из них – более 50% - составляют часы с автоподзаводом.

Часовые камни

В наиболее чувствительных к изменению трения узлах механизма, - в опорах баланса и колес зубчатой передачи, - а также для изготовления палет и эллипса в свободных анкерных ходах используют часовые камни.

Опоры первых часов были примитивны: цапфы осей вращались непосредственно в отверстиях в платинах часов. Со временем из-за трения и значительных нагрузок они вырабатывали эти отверстия до недопустимой величины. Иногда оси просто проваливались в них, а иногда из-за увеличения диаметров отверстий и смещения осей нарушались межцентровые расстояния между колесами, колесная передача заклинивалась, и часы останавливались. Эти проблемы были преодолены после появления различных камневых опор для часовых осей, которые резко уменьшали трение и значительно уменьшали их износ.
Первые часовые опоры из твердого камня – натурального рубина - были применены в часах английским часовщиком Николаем Фацио (1664-1753). Ему совместно с его мастерами Пьером и Яковом Дефобр в 1704 г. в Англии был выдан патент на это изобретение.

Камневые опоры в то время изготавливались из различных драгоценных и полудрагоценных камней: сквозные – из мягкого граната и агата, камни баланса – из рубина или даже алмаза. В силу особой твердости и хрупкости этих материалов по сравнению с привычными для часовщиков металлами, встал вопрос о создании эффективной технологии производства камневых опор. Однако в Швейцарии эта проблема была решена только в 1825 г. на мануфактуре Ингольда в Ле-Шато де Фо. Там на первом камневом производстве было начато серийное коммерческое производство камней для часовых опор по собственной оригинальной технологии. Более чем вековой интервал между первым применением и началом массового производства имел особую причину: технология изготовления камневых опор была объявлена в Англии коммерческим секретом, и все это время камни производили лишь для установки в часах собственного производства.

Из драгоценных камней, обычно из рубина, изготавливались и палеты в анкерных часах. После регулировки глубины их установки при «ладке хода» они приклеивались шеллаком, так же как и импульсный камень (эллипс) в рольке баланса. Использование камней для этих деталей, как и для опор, значительно уменьшало их износ, а также повышало КПД хода за счет уменьшения потерь энергии на трение при его работе.

В часах без дополнительных устройств при обычной кинематической схеме их механизма использовалось 15 камней, в более сложных механизмах число камней достигало 21-25, а в швейцарских хронометрах с 80-х гг. XIX в. - 32. Натуральные часовые камни были дороги – их цена составляла значительную долю от общей себестоимости часов. В силу этого число камней в часах являлось мерилом их качества и всегда указывалось на циферблате часов и на их механизме. До недавних пор в некоторых странах, например в США, таможенная пошлина на часы зависела от числа камней.

Ситуация существенно изменилась в 1902 г. с изобретением швейцарскими учеными Фреми и Вернем технологии производства синтетического корунда, так называемого лейкосапфира. Швейцария обладала залежами бокситов в районе Ле-Бью (кантон Буш-дю-Рон), из которых уже тогда выплавляли алюминий. Производство лейкосапфира начиналась с химического процесса выделения из боксита кристаллов алюминия, которые затем очищались в муфельных электропечах, плавились в пламени кислородно-водородных горелок и из жидкого расплава при температуре 1800 ºС выращивался кристалл прозрачного бесцветного лейкосапфира в виде грушевидного буля. Присадка в расплав окислов хрома придавала кристаллу характерный густой красный цвет натурального рубина.

Механическая обработка лейкосапфира была достаточно сложным делом: буль распиливался алмазными пилами на тонкие пластины, из них вытачивались заготовки камней, которые затем тщательно шлифовались, а после в них по особой технологии просверливались отверстия. Выход годных камней составлял не более 4% от веса исходного кристалла.

Впоследствии технология изготовления часовых камней значительно упростилась – появились распиловочные станки с гребенкой алмазных пил и специальные плоско-шлифовальные машины, отверстия стали не только сверлить, но и прожигать лазером. Использование групповых технологий и высокопроизводительного оборудования привело к появлению специализированных камневых производств, которые стали поставлять комплекты часовых камней по цене в несколько долларов и менее. «Рубиновые» камни стали устанавливать во всех более-менее приличных часах. В середине ХХ века даже в простейших часах фирмы «Роскопф» (в так называемых «штамповках») стояло два, а то и четыре камня в спусковом регуляторе.

К основным недостаткам камневых опор относится их низкая ударостойкость (они трескаются и крошатся при неизбежных при носке часов ударах), а также плохое удержание масла на рабочих поверхностях (после стекания масла оставшаяся пленка высыхает, оказывая сопротивление работе часов и в ряде случаев приводя к их останову). Устранение первого типа недостатков достигается применением в наиболее чувствительных к ударам опорах баланса специальных противоударных устройств, наиболее известным из которых является  система «Инкаблок». Это устройство представляет собой амортизатор особой конструкции, который позволяет оси баланса при боковом ударе вместе с камневой опорой совершать небольшое боковое смещение в направлении удара, а при осевом ударе утолщенная часть перехода цапфы в ось баланса упирается в плоскость сквозного камня и фиксируется в этом положении.

Что касается вытекания масла, то для уменьшения этого негативного явления в часовые опоры снабжаются фасками полукруглого профиля (так называемыми «масленками»), помогающими удерживать смазку в зоне контакта. Более радикальным средством решения этой проблемы является обработка деталей опор особым веществом – эпиламом, закрепляющим на них дозированный слой масла. За разработку таких часовых эпиламов группа научных сотрудников НИИ Часпрома была удостоена Государственной премии СССР.

В заключение следует вспомнить, что в нашей стране были разработаны специальные опоры для наручных часов космонавтов, предназначенные для работы в условиях открытого космоса. Основная проблема состояла в создании опор, обеспечивающих одинаковое трение при любых положениях часов и при переходе в состояние невесомости. При обычной конструкции в невесомости баланс «всплывает», значительно увеличивается его амплитуда – более 360º, и возникающий «пристук» нарушает работу часов. Кроме того, требовалось обеспечить нормальное поведение смазки в условиях перегрузок, крайних температур, радиационных полей и т.д. Как известно, российские космонавты летают и выходят в открытый в космос с отечественными часами, и эти часы созданы раньше и независимо от используемых за рубежом наручных часов для космонавтов компании Omega.


Таковы этапы рождения основного механизма всех современных механических часов, воспроизводящего шкалу текущего времени. Однако на протяжении всей истории развития часов создавались различные дополнительные устройства, придающие часам способность выполнять различные дополнительные функции, как расширяющие их времяизмерительные возможности, так и упрощающие сам процесс пользования часами.

К первым устройствам такого рода следует отнести различные календарные устройства, хронографы, хроноскопы, указатели положения отдельных планет и звезд, сигнальные устройства – как простые (будильники), так и программные, устройства боя, репетиры и т.д. В качестве характерного примера устройств второго рода можно упомянуть указатели резерва хода, сообщающие пользователю о приближении момента очередной заводки часов. Некоторые из таких устройств появились в часах раньше, чем более известные нам циферблат и стрелки.

Первые механические часы не умели показывать время – они снабжались особыми фигурами звонарей – «жакемаров», - которые в определенные моменты, задаваемые механизмом, били по колоколу, извещая таким образом население о наступлении полудня, полночи, а впоследствии и каждого нового часа.

Любопытно, что различные варианты таких устройств широко применялись и в более поздних часах с обычной ныне стрелочной системой индикации времени, а относительно недавно было использовано в коллекционных наручных часах Ulisse Nardin, в которых на циферблате помещены гравированные золотые жакемары, отбивающие время.

История появления всех этих устройств не менее интересна и заслуживает отдельного рассмотрения.

Опубликовано в журнале "Часовой Бизнес " №6-2008

Портал профессионалов часового бизнеса TimeSeller.ru
При перепечатке активная ссылка обязательна


Теги: 6-2008 Omega Ulysse Nardin Технологии и материалы