Помимо разрезного биметаллического баланса, о котором мы вели речь в прошлый раз, существуют и другие варианты решения «температурной проблемы» и настройки хода.

Помимо разрезного биметаллического баланса, о котором мы вели речь в прошлый раз, существуют и другие варианты решения «температурной проблемы» и настройки хода.

Сделать круглое овальным

В прошлом номере мы отмечали, что из всех элементов часов наиболее подверженной изменению температуры оказывается спираль. Именно поэтому первые попытки компенсации воздействия температуры были связаны со спиралью. 

Считается, что первое биметаллическое устройство температурной компенсации предложил Джон Гаррисон, который применил биметаллическую полоску для удлинения или укорачивания спирали. Позднее Авраам-Луи Бреге использовал в своих часах градусник, на котором крепились две биметаллические полоски. При нагревании они перемещали внешний виток спирали ближе к центру, а при охлаждении – дальше от него, изменяя зазор между спиралью и штифтами градусника и, соответственно, длину рабочей части спирали. Однако в итоге от устройств такого рода часовщики отказались, поскольку они не обеспечивали надёжной настройки компенсации до требуемого уровня точности, и сосредоточили свое внимание на самокомпенсирующихся балансах. О наиболее распространенном – биметаллическом разрезном балансе – мы и говорили в прошлом номере. Он использовался во всех часах с претензиями на качество вплоть до открытия в начале ХХ века доктором Гийомом сплавов для спиралей, упругость которых мало зависела от температуры.

Рис. 1. Первое применение биметаллического устройства температурной компенсации Джоном Гаррисоном (JohnHarrison).

В первой самокомпенсирующейся спирали был использован сплав железа и никеля, в состав которого Гийом позднее добавил хром и вольфрам. Этот сплав получил название элинвар (elinvar) – от английских слов invariable elasticity, т.е. инвариантная упругость. Производными от этого материала являются другие сплавы, такие как метелинвар (с добавлением 0,5-1% углерода), изобретённый Райнхардом Штрауманом и Эрауз-Шмельце, ниварокс (с добавлением молибдена и бериллия) и изовал (с добавлением ниобия). Переоценить важность этих изобретений для часового дела невозможно. В прошлом номере мы приводили коэффициенты линейного теплового расширения различных материалов. В таблице 1 показана разница в температурной ошибке хода, которую демонстрируют часы, использующие дешевую старинную пружину и спираль из ниварокса.

Рис. 2. Монометаллический баланс с биметаллическими дуговыми сегментами

Рис. 3. Неразрезной биметаллический баланс Воле.

Рис. 4. Анизотропный баланс из листового цинка Штурманом.

Однако новые сплавы были недешевы, и еще долгое время после изобретения инвара и элинвара часовщики продолжали использовать различные конструкции термокомпенсирующегося баланса. Одним из вариантов был предложенный Паулем Дитисхаймом монометаллический баланс с дуговыми сегментами (рис.2). Он представляет собой монометаллический баланс с двумя закреплёнными на ободе короткими биметаллическими дуговыми сегментами, предназначенными для коррекции незначительных температурных ошибок при использовании этого баланса совместно с самокомпенсирующейся спиралью. Настройка остаточной компенсации здесь осуществляется перемещением винтов вдоль биметаллических сегментов. По сравнению с полноценным разрезным, такой баланс был дешевле в изготовлении и проще в настройке, но особого распространения не получил.

Еще одним способом упростить конструкцию стал овализирующийся баланс Воле (рис.2). Он представляет собой неразрезной биметаллический баланс, не содержащий биметаллических полос. Однако обод и спица сделаны из разнородных металлов, имеющих различные коэффициенты расширения. Например, обод может быть изготовлен из инвара, а спица – из латуни. Тогда при росте температуры обод расширится намного меньше, чем спица, что приведёт к деформации его формы из окружности в овал. При этом размещённые на ободе винты сместятся в направлении центра вращения (если они сгруппированы вдали от спицы), как это случилось бы в обычном биметаллическом балансе. В таком же балансе можно использовать инвар для спицы, а латунь – для обода. Подобная конструкция нашла применение в морских хронометрах Hamilton: здесь спица сделана из инвара, а обод - из нержавеющей стали.

Развивая идею овализирующегося баланса, известный исследователь материалов швейцарец Райнхард Штруман предложил делать его из цинка. Идея состояла в том, что коэффициент температурного расширения листового цинка по оси прокатки выше, чем по перпендикулярным направлениям, поэтому если изготовить баланс из листового цинка с должной ориентацией, то при изменениях он будет приобретать овальную форму, как баланс Воле (рис.2).

Таблица 1. Разница зависимости хода от изменений температуры для бронзовой и самокомпенсирующейся спиралей.

Различные варианты термокомпенсирующихся балансов чаще всего использовались в паре со спралями из стали. В настоящее время стальные спирали выпускаются редко. Мастеру-ремонтнику нужно помнить, что использовать совместо с биметаллическим балансом спираль от обычных современных часов нельзя. Для замены связанной с таким балансом стальной спирали имеется специальный вид ниварокса – ниварокс С. Его нельзя использовать с монометаллическом балансом, поскольку этот сплав не обладает эффектом самокомпенсации.

От винта!

Почти одновременно с появлением ниварокса была открыта бериллиевая бронза, которую в иностранной литературе называют glucydur.Это сплав из меди, стали и бериллия. Последний металл весьма дорог, но придает сплаву высокую твердость (более 400 единиц по Бринелю, что в два раза тверже нейзильбера, другого популярного у часовщиков сплава, состоящего из меди, никеля и цинка). Твердость позволяет изготавливать из него детали с высокой точностью, а также полировать их до зеркального блеска. Но главное – бериллиевая бронза отличаетсянизким температурным коэффициентом расширения, практически не намагничивается, устойчива к коррозии.

Рис. 5. Баланс Gyromax.

С появлением бериллиевой бронзы большая часть экспериментов в области конструкций балансов потеряла смысл, и сегодня абсолютное большинство механизмов имеют выполненный из нее обычный монометаллический неразрезной баланс, не имеющий винтов. Такой баланс не допускает и не требует каких-либо регулировок: ни для температурной компенсации, ни для настройки момента инерции.

Полный переход промышленности на современные безвинтовые монометаллические неразрезные балансы произошел в 1960-х, а до этого времени во многих часах использовались монометаллические винтовые балансы. Винты в них использовались для балансировки: подкладывая под винты шайбы или спиливая часть головок, на фабрике добивались уравновешенности баланса. С появлением специальных станков винтовые балансы уступили место безвинтовым. Вместе с тем в ряде моделей, преимущественно позиционируемых как дорогие, винтовые балансы используются и сегодня. Но причины этого лежат уже не в технических, а в маркетинговых аспектах: винты носят скорее декоративный смысл.

Более того, эти винты скорее вредят характеристикам часов. Дело в том, что использование баланса без регулировочных винтов и с гладким ободом даёт возможность сместить существенную долю массы баланса дальше от центра вращения. При равной массе у баланса с гладким ободом момент инерции выше, чем у баланса с регулировочными винтами, и потому он способен обеспечить более точный ход. В высококачественных балансах латунь или нейзильбер часто заменяются бериллиевой бронзой. В два раза более высокая, чем у нейзильбера, твердость, дает возможность зеркальной полировки, что делает механизм привлекательнее.

Моментальная регулировка

Обычный монометаллический безвинтовой баланс не допускает изменения момента инерции, и регулировка хода часов производится путем изменения длины активного участка спирали. Вместе с тем в последнее время все больше производителей используют балансы с изменяемым моментом инерции.

В балансе Gyromax утопленные в обод грузики имеют осевые разрезы (как у колодки) и могут вращаться вокруг проходящих через их центры шпеньков. Момент инерции баланса зависит от ориентации разрезов на грузиках. Суточный ход часов можно изменять в пределах +/-20 секунд путём поворота пары грузиков вплоть до 180° (½ оборота). Дополнительным преимуществом данного баланса является то, что с помощью грузиков можно в небольших пределах настраивать его уравновешенность.

Рис. 6 Баланс Patek Philippe 5550p

Подобные балансы используют Rolex, Vacheron Constantin, Patek Philippe, Audemars Piguet. Для регулировки таких часов необходим специальный инструмент (ключи, подставки, и т.д.). Для каждого калибра фабрики выпускают настроечные таблицы. Однако работы с подобными механизмами должен проводить только специалист высокого класса, имеющий соответствующий опыт работы.

Похожее решение предлагает в своих коаксиальных механизмах Omega. Здесь точность хода часов также регулируется не путем изменения рабочей длины спирали, а настройкой момента инерции баланса, которая осуществляется при помощи двух миниатюрных регулировочных винтов, встроенных в ободок баланса. Поворот обоих винтов на пол-оборота дает изменение хода примерно на 30 секунд в сутки. По утверждениям производителя, такая конструкция устраняет вероятность нарушения хода, вызванного прикосновением к спирали баланса.

Вообще, при своей внешней похожести коаксиальный спуск имеет множество отличий от традиционного анкерного. Здесь энергия заводной пружины передается на узел баланса посредством радиальных импульсов. Значительное уменьшение площади соприкосновения деталей и более короткие импульсы по сравнению со скользящими движениями анкерного хода позволяют существенно снизить трение в спуске. Длина скользящего, или накатного контакта в радиальной конструкции составляет менее 10 процентов от длины в анкерном спуске. Другим важным преимуществом коаксиального спуска является уменьшенный угол подъема (30 против 52-54 градусов), и большая дуга свободного колебания балансового колеса. Из-за того, что импульс передается иным способом по сравнению с традиционным спуском, для проверки хода необходимо специальное оборудование – его выпускает, например, компания Witschi.

Рис. 7 Баланс в механизме Omega с коаксиальным спуском

Одна из причин, по которой Omega использует в своих новых калибрах именно баланс с регулируемым моментом инерции, заключается в материале спирали – кремнии. Теоретически и у кремниевой спирали можно отрегулировать рабочую длину. Однако из-за особенностей данного материала более предпочтительным оказывается оставить спираль в покое, а необходимую настройку проводить за счет баланса.

Ключ для баланса Omega 

Кремний – твердый, но в то же время хрупкий материал, для работы с ним необходимы высокая квлификация. Мастерам, не имеющим оборудования и опыта, категорически не советуем браться за ремонт подобных моделей. Помните, что отреставрировать поврежденные детали из кремния невозможно в принципе, а добыть оригинальные запасные части очень сложно. Так что для экономии денег и нервов (как ваших, так и клиента), лучше оставить подобную работу официальным мастерским.

Автор: Виктор Латанский, Вячеслав Медведев
При перепечатке активная ссылка обязательна

Теги: Уголок мастера регулировка