Komplikacje konstrukcji modułu naciągu zegarka

By jakiekolwiek urządzenie mechaniczne mogło działać, musi ono mieć w dowolny sposób dostarczoną, i w dowolnej formie zgromadzoną, odpowiedniego rodzaju energię.

Dla zegarków mechanicznych zespołem, który jest odpowiedzialny za dostarczenie energii jest zespół naciągu zegarka, a jest ona zgromadzona jako energia potencjalna w formie naprężenia sprężyny w bębnie, w zespole napędu.

W niniejszym opracowaniu zajmiemy się zespołem naciągu zegarka mechanicznego – tym, który odpowiedzialny jest za dostarczenie energii pozwalającej naprężyć – zwinąć sprężynę w bębnie napędowym. Jest oczywiste, że dla pełnego przedstawienia tematu trzeba poprawnie uszeregować wszystkie zmiany jakie zaszły w konstrukcji zespołu naciągu zegarka w trakcie rozwoju branży, oraz w sposób usystematyzowany je opisać.

Elementem zespołu napędu jest mechanizm zapadkowy – uniemożliwiający samoczynne rozwinięcie się sprężyny w trakcie nakręcania. Mimo że jego konstrukcja wydaje się być dość prostą, to ten element doczekał się wielu różnorakich rozwiązań. Właśnie ze względu na tę liczbę rozwiązań, przy jednoznacznej i niezmiennej w trakcie rozwoju mechanizmów zegarkowych funkcjonalności, w niniejszym opracowaniu zmiany mechanizmu zapadkowego nie są uwzględnione.

Przy rozważaniach o zmianach konstrukcyjnych w zespole naciągu zegarka mechanicznego, niemal natychmiast  i przez wszystkich miłośników zegarków wskazywany jest naciąg automatyczny, który jest zaliczany do tak zwanych komplikacji zegarkowych.

Tak. To prawda, jednak by usystematyzować temat, zaczynamy od zegarków kluczykowych (nakręcanych za pomocą kluczyka), następnie zegarków nakręcanych za pomocą koronki naciągowej i zmian tego zespołu dla naciągu manualnego. Dalszą częścią opracowania jest systematyka wynalazków w zakresie  konstrukcji automatycznego naciągu zegarkowej sprężyny.

Wybór zegarków kluczykowych, jako rozwiązanie początkowe dla niniejszych rozważań, wydaje się być oczywistym, bo to tego rodzaju zegarki stanowią początek zegarków mechanicznych, i są z tym początkiem jednoznacznie kojarzone. Co ciekawe, tego typu konstrukcje były stosowane jeszcze do niedawna – choćby w szeroko dostępnych u nas radzieckich budzikach SLAVA.

Dla poprawnego przedstawienia w aspekcie chronologicznym każdego ze wspomnianych tematów dotyczących zmian konstrukcyjnych mechanizmów zegarków mechanicznych, wielką pomocą jest nasze autorskie Kalendarium Ewolucji Mechanizmów, znajdujące się w portalu Zegarki i Pasja.

Naciąg manualny kluczykowy

Sposób realizacji konstrukcji zespołu naciągu zegarka w tego rodzaju mechanizmach można opisać w sposób następujący: na posiadającą przekrój kwadratu oś bębna, widoczną po otwarciu pierwszego wieczka koperty zegarka, można było wsunąć klucz i nakręcić sprężynę w bębnie. Zabezpieczenie osi bębna przed obrotem powrotnym wykonywano poprzez użycie mechanizmu zapadkowego.



Naciąg kluczykowy królował w zegarkowych rozwiązaniach do początków XIX wieku.

Wprawdzie w niniejszym opracowaniu nie rozpatrujemy kształtów i sposobów wykonania kluczyków zegarkowych, ale jak się okazuje, kluczyki do nakręcania zegarków są tematem bardzo ciekawym i bywają one też kolekcjonowane.

Naciąg manualny za pomocą koronki

Zastosowanie koronki, a co za tym idzie eliminacja kluczyka ułatwiło użytkowanie zegarków, a wiązało się ono ze zmianą położenia wałka naciągowego w mechanizmie zegarka.

Z wałka prostopadłego do powierzchni mechanizmu w mechanizmie kluczykowym, przechodzimy do ułożenia równoległego tegoż wałka.

Rodzaje i szczegóły konstrukcji elementów umożliwiających nakręcenie sprężyny to temat na tyle szerokim i wymagającym technicznej analizy, że wykracza poza zakres tego opracowania. Ich zmiany nie wpłynęły też na zasadę działania zespołu naciągu.

Mimo że dość powszechnie, w szczególności u nas w Polsce, wynalazek bezkluczykowego nakręcania zegarka przypisuje się Adrienowi Philippe, to trzeba zauważyć, że w na kartach historii zapisało się kilku producentów, którzy zaanonsowali opracowanie własnego rozwiązania bezkluczykowego naciągu. Z tego powodu problem ten wymaga szerszego przedstawienia.



Zgodnie z wynikami badań Tomasza Jakubasa zebranymi w Kalendarium Ewolucji Mechanizmów, różni konstruktorzy - zegarmistrze przedstawiali swoje rozwiązania związane z eliminacją kluczyka naciągowego, w następującej kolejności chronologicznej:

W roku 1830 Antoine-Louis Breguet wyprodukował zegarek kieszonkowy wyposażony w radełkowany przycisk, który służył dwóm celom: ustawianiu wskazówek i nakręcaniu sprężyny mechanizmu. Breguetowi nie udało się jednak opatentować tego rewolucyjnego mechanizmu.

W roku 1838 Louis Audemars z Brassus opracował system bezkluczykowego naciągu.

W roku 1844 wynaleziony przez A. Philippe system bezkluczykowy został zaprezentowany na wystawie w Paryżu. Służył on do naciągu sprężyny oraz ustawiania wskazówek. Jean Adrien Philippe zdobył za to rozwiązanie brązowy medal na Exposition Nationale des Produits de l'Industrie w Paryżu.



W roku 1847 Antoine LeCoultre stworzył system niewymagający kluczyka do naciągu sprężyny i nastawienia wskazówek. Osobny przycisk służył do aktywacji jednej bądź drugiej funkcji.

W roku 1866 Ferdinand Adolph Lange wynalazł i opatentował (15 maj 1866 roku) swój własny mechanizm dla naciągu sprężyny i ustawiania wskazówek zegarka.



Tak jak dla mechanizmu kluczykowego, sam klucz był często elementem ozdobnym i wykonywanym z dużą pieczołowitością, tak w zegarkach z naciągiem za pomocą koronki (główki naciągowej), takim elementem ozdobnym stała się właśnie koronka. Dotyczy to tak jej kształtu (walcowa, stożkowa, cebulkowa), jak i dodatkowego dekorowania. W tym ostatnim aspekcie najczęściej mamy do czynienia z oprawą kamieni jubilerskich w koronce, albo z jej wykonaniem nawiązującym do innych produktów, jak choćby odwzorowanie bieżnika opony samochodowej.

Jeszcze innym aspektem wykonania koronki jest stopień jej szczelności w zestawieniu z kopertą (brak szczelności, pyłoszczelność, wodoszczelność).

Powyższe wskazanie wyczerpuje zakres tego rodzaju rozważań, bo dotyczą one raczej stylistyki i ergonomii, oraz konstrukcji obudowy – koperty zegarka, a nie zespołu naciągu mechanizmu zegarka.

Zmiany konstrukcyjne dla naciągu manualnego z użyciem koronki

Rozdzielny wałek naciągowy

Jak przeczytać możemy w Kalendarium Ewolucji Mechanizmów: „Mankamentem bezkluczykowego systemu w zegarkach kieszonkowych była konieczność rozmontowania główki naciągowej, trzpienia oraz wałka naciągu przed wyciągnięciem mechanizmu z koperty do czynności serwisowych.”
 
Z rozwiązaniem tego problemu w 1889 roku uporał się Jean-Adrien Philippe umieszczając specjalne złącze pomiędzy trzpieniem z koroną a wałem naciągu. Dzięki temu korona i trzpień mogły zostać wyciągnięte z mechanizmu i pozostać przyczepione do wisiorka (popularnego w tamtym czasie przy zegarkach kieszonkowych), podczas gdy wałek naciągowy mógł zostać wymontowany oddzielnie z mechanizmu zegarowego.”  

Korba naciągowa

Korba naciągowa była i jest często w dalszym ciągu używana dla zegarów wieżowych. Jak się okazuje,  tak samo działającą korbę naciągową warto czasami zastosować w zegarkach naręcznych.

Osobom, które uważają tego rodzaju rozwiązanie za niepotrzebne komplikowanie zegarka, wystarczy przekazać do manualnego nakręcenia zegarek z wielodniową rezerwą chodu mechanizmu. Właśnie dla takich zegarków rozwiązanie z korbą wydaje się być doskonałym. W zegarku manualnie nakręcanym z 8 dniową rezerwą chodu korbę naciągową stosuje przykładowo marka Chopard. Jest ona w prosty sposób nakładana na walcowo ukształtowaną koronkę.

Dla odmiany  stosowanie korby dla rozwiązań tradycyjnych – z około 40 godzinną rezerwą chodu i z automatycznym naciągiem można uznać rzeczywiście za niepotrzebne komplikowanie konstrukcji. Rozwiązanie takie z „transformersową” korbą posiadają przykładowo zegarki marki RSW.  

Inny niż koronka kształt elementu manipulacyjnego

Możliwość zastąpienia tradycyjnej koronki przez inny element manipulacyjny zależna jest od wymagań ergonomii w stosunku do tegoż zespołu zegarka. Inaczej jest w przypadku konieczności, a inaczej w przypadku tylko operacyjnego nakręcania manualnego.
Jeszcze inaczej jest w sytuacji gdy koronka jest tylko elementem zespołu nastawczego i nie można za jej pomocą nakręcać zegarka, bo wtedy nie jest elementem zespołu naciągu i… nie podlega niniejszym rozważaniom.

Z zupełnie ekstrawaganckim sposobem realizacji zespołu naciągu mamy do czynienia w zegarku J12 RÉTROGRADE MYSTÉRIEUSE firmy Chanel, w którym pokrętło z osią prostopadłą do szkła znajduje się na powierzchni czołowej zegarka. Po zakończeniu procesu nakręcania pokrętło to może być schowane i nie wystaje powyżej zarysu koperty zegarka.



Przykładem zegarka z zupełnie odmiennym ukształtowaniem elementu manipulacyjnego jest także model Freak marki Ulysse Nardin, w którym elementem manipulacyjnym jest cały dekiel koperty.

Naciąg automatyczny mechanizmu zegarka

Jako, że protoplastą automatycznego naciągu wydaje się być krokomierz (urządzenie pozwalające zliczanie ilości wykonanych kroków końskich i w ten sposób pozwalające na obliczenia przebytej drogi), w którym niezrównoważona masa wykonywała ruchy „góra - dół”, to podobną konstrukcję gdzie wahnik wykonuje tego rodzaju ruch miały pierwsze naręczne zegarki z automatycznym naciągiem.

Prowadząc rozważania na temat automatycznego naciągu, po pierwsze trzeba jeszcze zaznaczyć konieczną do wykonania zmianę konstrukcji elementu także w innym bloku funkcjonalnym – napędzie zegarka. Zaczep sprężyny napędowej musi być tak wykonany, by przy pełnym nakręceniu sprężyny, na skutek dalszego działania automatycznego naciągu, nie doszło do zerwania jej zaczepu. Rozwiązaniem jest zaczep ślizgowy, którego koniec przesuwa się przy dalszym nakręcaniu przy naciągniętej już sprężynie.

Wprawdzie tego typu rozwiązanie zostało wynalezione w celu podniesienia czasu użytkowania sprężyn w tradycyjnych zegarkach manualnie nakręcanych (by sprężyny nie pękały przy pełnym nakręceniu), ale okazało się ono konieczne dla zegarków z automatycznym naciągiem.

Informację o tym wynalazku znajdziemy w Kalendarium Ewolucji Mechanizmów pod datą 1863, a jego autorem jest wspominany tutaj już kilkukrotnie Jean Adrien Philippe.



Trzeba też zaznaczyć, że jeśli naciąg automatyczny działa jako dodatkowy w stosunku do naciągu manualnego, to jego konstrukcja musi posiadać specjalne sprzęgło. Obecność sprzęgła jest niezbędna, by w trakcie naciągu manualnego nie następowało wymuszenie obrotów wahnika i dla odmiany, przy działaniu naciągu automatycznego nie obracała się koronka.  

Naciąg automatyczny, niezależnie od szczegółów konstrukcji, wykorzystuje ruch niezrównoważonej masy przemieszczającej się pod wpływem siły grawitacji, lub siły bezwładności powstającej na skutek ruchu nadgarstka na którym umieszczony jest zegarek.

Naciąg automatyczny zegarka został wynaleziony przez Abrahama Louisa Perrelet’a w roku 1777, a kilkanaście lat później - prawdopodobnie niezależnie od niego - przez Abrahama Louisa Breguet’a.

W kolejnych latach, pewnie z uwagi na małą skuteczność działania tegoż rozwiązania w zegarkach kieszonkowych, o automatycznym naciągu zupełnie zapomniano. Konstrukcja ta została ponownie wynaleziona i opatentowana w roku 1924 przez firmę Harwood.

W mechanizmie z automatycznym naciągiem firmy Harwood wahnik wykonywał ruch obrotowy w zakresie do ok. 270 stopni. Jego ograniczenie realizowane było z użyciem sprężystych odbojników.

Zmiany konstrukcji naciągu mechanizmu zegarka

Zaglądając do Kalendarium Ewolucji mechanizmów znajdziemy następujące zmiany konstrukcji mechanizmu automatycznego naciągu sprężyny.

W 1931 roku Eguene Meylan - inżynier zegarmistrz, właściciel i założyciel firmy Glycine -zaprezentował własny, innowacyjny mechanizm z automatycznym naciągiem oznaczony jako kaliber 18.



Jego cechą charakterystyczną była możliwość odłączenia zespołu "automatu" od mechanizmu, który wówczas nakręcany koronką mógł dalej pracować (jako zegarek z ręcznym naciągiem). W przypadku używania modułu automatycznego, koronka służyła jedynie do ustawiania wskazówek.

W 1931 roku Emil Borer – inżynier firmy Aegler – opatentował dla Rolexa rozwiązanie automatycznego naciągu ze swobodnie, w obie strony obracającym się wahnikiem.

Zegarek z tym mechanizmem noszony na ręku min. 6 godzin zapewniał ciągłość działania bez dokręcania koronką. O doskonałości tego rodzaju rozwiązania świadczy fakt wprowadzenia go z czasem przez wszystkie firmy zegarkowe.



W 1946 roku Albert Pellaton – inżynier firmy IWC - przestawił mechanizm zapadkowy umożliwiający nakręcanie sprężyny przy dowolnym kierunku ruchu obrotowego wahnika.

W 1948 roku firma Eterna przedstawiła konstrukcję łożyska kulkowego wahnika automatycznego naciągu sprężyny, które minimalizowało siły tarcia. Łożyska kulkowe to najbardziej znany i rozpowszechniony w zegarmistrzostwie wynalazek firmy Eterna.

W 1953 roku firma Jaeger-LeCoultre przedstawiła naciąg Bumper z rotorem zawieszonym z dwóch stron mechanizmu.

W 1954 roku firma Buren opatentowała "mikro-wirnik", co pozwoliło na produkcję mechanizmu bardziej płaskiego niż istniejące wówczas w zegarkach wyposażonych w naciąg automatyczny. Równocześnie poprzez zmniejszenie średnicy wirnika i zlokalizowanie go w tej samej płaszczyźnie, co inne elementy mechanizmu, Buren umożliwił prosty wgląd w mechanizm zegarka.

W roku 1955 odnotowano patent na wahnik peryferyjny – pracujący na zewnątrz mechanizmu. Jednak dopiero dekadę później (w 1965 roku) po ponownym z zgłoszeniu patentu zegarki z tego typu wahnikiem pokazała firma Patek Philippe.



W 1959 roku firma Seiko przedstawiła swój zegarek z automatycznym naciągiem wyposażony w zastrzeżony przez Seiko system „magicznej dźwigni”. Magiczna dźwignia bardzo skutecznie wykorzystuje mimośród i prosty „system dźwigni pazurowej” do przetworzenia ruchu obrotowego wahnika w naciąg sprężyny zegarka.

W roku 2004 firma TAG Heuer zaprezentowała prototyp zegarka Monaco V4 z niekonwencjonalnym modelem masy bezwładnościowej naciągu automatycznego. Model ten wszedł do produkcji, ale w małej liczbie wyprodukowanych sztuk, w 2009 roku.



Opisując zmiany konstrukcji automatycznego naciągu należałoby wspomnieć jeszcze o rozwiązaniach multiplikujących liczbę wahników automatycznego naciągu. Na pewno ciekawym rozwiązaniem jest umieszczenie dodatkowego wahnika na tarczy zegarka współczesnej firmy Perrelet. Jest to doskonała forma dekoracji tarczy zegarka, a równocześnie sposób uhonorowania patrona marki – wynalazcy automatycznego naciągu mechanizmu zegarka.

Rozwiązaniem obecnie powszechnie stosowanym w automatycznym naciągu jest wahnik obrotowy, wykonujący pełne obroty wokół swojej osi. Proces nakręcania może następować przy obrocie tylko w jednym kierunku ruchu wahnika, lub przy obrocie w obydwu kierunkach.

Jako że nakręcanie sprężyny odbywa się tylko w jednym kierunku, to w niektórych rozwiązaniach z dwukierunkowym ruchem nakręcającym wahnika, niezbędne jest zastosowanie tak zwanego „nawrotnika” – elementu zmieniającego ruch dwukierunkowy wahnika w jednokierunkowy ruch kół naciągowych. Dla zmniejszenia grubości zegarka zastosowano mikrowahnik, który to krok wpisywał się w ogólną wówczas tendencję do minimalizacji zegarków.

W obecnych czasach, gdy zegarek jest elementem dekoracyjnym stroju, a sposób wykonania dekoracji mechanizmu i możliwość podglądania jego pracy są elementami podnoszącymi uznanie dla producenta, mikrorotor jest bardzo cenionym rozwiązaniem.

Najlepsze z wszystkich wyżej wskazanych rozwiązań, niezależnie od ich szczegółowej konstrukcji i wizualnej atrakcyjności, charakteryzują się wahnikiem wykonującym pełne obroty wokół swojej osi obrotu i pracującym w łożysku kulkowym.

Redakcja Zegarki i Pasja