Zegar na wieży Zamku Królewskiego w Warszawie. Konstrukcja

POWRÓT 17.06.2015 Zegarkowy świat
Zegar na wieży Zamku Królewskiego w Warszawie. Konstrukcja

Zasady konstrukcji urządzeń zegarowych mają swoje przez wieki wytyczone zasady. Są one oczywiście odpowiedzią na wyzwania stawiane takim urządzeniom, przy czym wyzwania te, nie tylko ze względu na upływ czasu, mogą w pewnym zakresie ewoluować. Szczególne uwarunkowania dotyczyły także konstrukcji zegara dla odbudowywanego Zamku Królewskiego w Warszawie.

Pierwsze mechaniczne zegary wieżowe pojawiały się na budynkach kościołów i najbardziej okazałych gmachach miejskich, czyli tych, które posiadały bogatych właścicieli od końca XIII wieku. Na terenach obecnej Polski w następujących miastach zarejestrowano je trochę później: Wrocław (1367), Gdańsk (kościół Mariacki 1389), Kraków (na Kazimierzu 1387), Kraków (kościół Mariacki 1390), Gniezno (1418), Te pionierskie „zegary kołowe” były tworzone wedle jedynych, znanych ówcześnie prawideł, a każdy z nich mógł wyróżniać się dodatkowym wyposażeniem (wybijanie godzin i kwadransów, wskazania kalendarzowe i astronomiczne, czy też popularny wtedy teatr figur).

Z zupełnie inną sytuacją mieli do czynienia budowniczowie – zegarmistrze, przy odbudowującym się Zamku Królewskim w Warszawie. W tamtym czasie można było wykonać tak zegar mechaniczny, elektryczny, jak i elektroniczny. Rozważając rodzaj konstrukcji dla nowego mechanizmu, wybierano między dwiema koncepcjami, zastanawiając się, czy nowy zegar ma być budowany zgodnie z najnowocześniejszymi tendencjami – czyli być rozwiązaniem elektronicznym, czy też tradycyjną konstrukcją mechaniczną. Dziś w dobie odrodzenia się fascynacji mikromechaniką zegarkową, w tym tak nowymi rozwiązaniami, jak i szeroko pojętymi rozwiązaniami i produktami typu vintage, łatwo byłoby podjąć decyzję identyczną do tej, jaką podjął Obywatelski Komitet Odbudowy Zamku Królewskiego w Warszawie ponad 40 lat temu. Patrząc na tę kwestię dziś, mając znaczące doświadczenie w użytkowaniu urządzeń elektronicznych, wiemy że jakakolwiek ich naprawa polega zwykle na wymianie dużych zespołów, a co jakiś czas całego urządzenia. Dla odmiany i co było znane także wtedy, urządzenia mechaniczne, w tym w szczególności zegary i zegarki, mogą pracować przez dziesiątki i setki lat, tylko ze standardową obsługą serwisową. Podjętą wówczas decyzję o budowie zegara mechanicznego, uzasadniano także tym, że wykonania takiego urządzenia mogli podjąć się w czynie społecznym rzemieślnicy warszawscy, przy wsparciu osób z Politechniki Warszawskiej i przemysłu.

Warto w tym miejscu podkreślić, że gdybyśmy dziś stanęli przed podobnym wyzwaniem, na pewno nie można byłoby myśleć o czynie społecznym, a nawet gdyby dowolna grupa osób zdecydowała się na wykonanie zegara, to i tak polegałoby to na zbiórce funduszy i zleceniu wykonania zegara jednostce wyspecjalizowanej w kraju, lub za granicą. Jak wiadomo, wcale nie dlatego, że w tamtym czasie takich wyspecjalizowanych jednostek w kraju nie było, ale dzięki zapałowi zegarmistrzów, zegar w czynie społecznym udało się wykonać.

Wróćmy jednak do konstrukcji zegarów, do zegara zamkowego
Tradycyjne mechanizmy zegarowe zbudowane są zgodnie z następującym schematem blokowym:

zegar schemat blokowy

gdzie poszczególne bloki pełnią następujące funkcje:

1. Naciąg
Zadaniem naciągu jest przeniesienie energii z zewnątrz do napędu zegara.
Przez długi okres historii zegarów mechanicznych, począwszy od zegarów wieżowych, poprzez zegary domowe, a potem także noszone, naciąg był obsługiwany przez człowieka i tylko przez niego generowana energia była manualnie przenoszona do napędu. We współczesnych wieżowych zegarach mechanicznych, funkcję naciągu pełni zwykle silnik elektryczny wraz z układem sterującym jego pracą.

2. Napęd
Zespół napędu jest silnikiem o ograniczonym zasobie energii. Jego zadaniem jest, zgromadzenie zapasu energii potencjalnej, który uzyskiwany jest poprzez zmianę położenia obciążnika. Energia ta jest potrzebna dla prawidłowego działania zegara w ciągu całego założonego czasu pracy, aż do kolejnego nakręcenia. Jest ona udostępniana na wejściu przekładni chodu. Do momentu upowszechnienia się silników elektrycznych z układem sterującym, mechanizmy zegarów musiały być umieszczane na tyle wysoko, by zabezpieczyć odpowiednio długą drogę opadania obciążników. Umieszczanie zegarów na wieżach i fasadach wysokich budynków, wynikało oczywiście przede wszystkim z potrzeby lepszej słyszalności wybijanych sygnałów czasowych (godzin, kwadransów) i możliwości obserwacji zegarowej tarczy.

3. Przekładnia chodu
Zadaniem przekładni chodu jest przeniesienie energii z napędu, na wejście zespołu wychwytu, oraz podanie, odpowiednio mocnego sygnału wzorcowego (stała prędkość obrotowa wałka) na wejściu przekładni wskazań. Przekładnia chodu jest kilkustopniową przekładnią przyspieszającą. Ze względu na potrzebę miniaturyzacji urządzenia (obowiązującą także dla zegarów wieżowych), niezbędne jest w takim przypadku stosowanie zębników o malej liczbie zębów (zazębienie korygowane).
Tradycyjna przekładnia chodu urządzeń zegarowych posiada zęby o tak zwanym zarysie zegarowym. W stosunku do powszechnie stosowanego zarysu ewolwentowego, zarys zegarowy (modyfikowany zarys cykloidalny) zapewnia mniejsze wahania chwilowego momentu napędowego na każdym stopniu przekładni, oraz mniejszy wpływ luzów w łożyskach, powstałych w trakcie użytkowania urządzenia, na tenże moment napędowy.
Okres drgań oscylatora i przełożenia przekładni chodu są tak dobrane, że jedno z kół obraca się raz na godzinę (kolo minutowe). W przekładni może być także koło sekundowe, które obracając się w tym samym kierunku co kolo minutowe (parzysta liczba stopni przekładni) czyni to raz na minutę.

4. Wychwyt
Zadaniem wychwytu jest przekazanie do oscylatora, energii pochodzącej z napędu, transmitowanej przez przekładnię chodu, oraz impulsowe zwalnianie przekładni chodu. Zanik energii niezbędnej dla utrzymania ruchu oscylatora spowodowałby zatrzymanie się mechanizmu. Okresowy ruch oscylatora, współpracującego z wychwytem, jest podstawą szybkości ruchu przekładni chodu (informacja o skali czasu na schemacie blokowym). Połowa okresu drgań oscylatora (np. wahadła lub balansu) nazywa się wahnięciem. W tradycyjnych rozwiązaniach, przy jednym wahnięciu, następuje zwolnienie zęba koła wychwytowego przez jedną z palet kotwicy (skok przekładni chodu) rys. xx. Dwa następujące po sobie wahnięcie powodują przeskok przekładni o jeden ząb na kole wychwytowym.

5. Oscylator
Oscylator urządzenia zegarowego, jest generatorem podstawy czasu i wspólnie z wychwytem są w największym stopniu odpowiedzialne za dokładność działania zegara. Drgania oscylatora są podtrzymywane dzięki energii zgromadzonej przez napęd, transmitowanej przez przekładnię chodu i impulsowo przekazywanej poprzez wychwyt. Zmiana okresu wahadła – regulacja dokładności chodu odbywa poprzez zmianę jego długości (zmiana położenia środka ciężkości na pręcie wahadła).
Warto zaznaczyć, że wahadła zegarowe do wielu już stuleci są mocowane na tak zwanej zawieszce sprężystej. Została ona wynaleziona przez naszego rodaka – Jezuitę Adama Adamandy Kochańskiego (1631 - 1700).

6. Przekładnia wskazań
Zadaniem przekładni wskazań jest dopasowanie prędkości obrotowej każdej z osi, do założonej wartości wynikającej odpowiednio ze wskazywanej przez zamocowaną na jej końcu wskazówkę. Sygnałem wzorcowym jest zwykle prędkość obrotowa odpowiednia dla wskazówki minutowej. W przypadku zegarów wieżowych przekładnia wskazań z zasady odpowiada za wygenerowanie prędkości obrotowej wskazówki godzinowej.

Istotnym z punktu widzenie dokładności jest współpraca wychwytu i oscylatora. Jako, że nie ma oscylatorów izochronicznych (takich których okres nie zależy od amplitudy drgań), to dla dokładności działania urządzenia ważny jest sposób i stabilność przekazywanych impulsów napędowych.
Oczywiście, podobnie jak dla wielu tego rodzaju konstrukcji, tak samo dla zegara zamkowego największym wyzwaniem były: dokładność, niezawodność i funkcjonalność urządzenia.

Znając już teraz ogólną budowę zegara, możemy pokusić się o przedstawienie założeń konstrukcyjnych postawionych ponad 40 lat temu, dla nowo budowanego zegara na Zamku Królewskim, spełniających wymogi stawiane urządzeniu.

Były one sformułowane następująco:

a) opracowanie założeń konstrukcyjnych, zawierających wymagania techniczne, przegląd możliwych koncepcji i rozwiązań konstrukcyjnych mechanizmu wraz z propozycją wyboru rozwiązania konstrukcyjnego do realizacji,

b) dobór przełożeń przekładni zębatych mechanizmu chodu i mechanizmów bicia oraz obliczenia kół zębatych wraz z doborem zarysów zębów, modułów i obliczeniem korekcji zazębień poszczególnych par kół zębatych,

c) dobór przełożeń w mechanizmie naciągowym w taki sposób, aby w cyklu 12-godzinnym droga opadania wszystkich trzech obciążników napędowych, tj. mechanizmu chodu oraz mechanizmów bicia kwadransów i godzin, była jednakowa, co pozwoli zastosować tylko jeden silnik podciągający wszystkie trzy obciążniki napędowe,

d) obliczenie przekładni ślimakowych mechanizmu naciągowego,

e) dobór materiałów na wałki i koła zębate,

f) dobór łożysk ślizgowych i tocznych,

g) obliczenie segmentów kół zapadowych mechanizmów bicia godzin i kwadransów,

h) opracowanie konstrukcji wychwytu Grahama i określenie dopuszczalnych odchyłek wykonawczych koła wychwytowego, palet i kotwicy,

i) wykonanie rysunków konstrukcyjnych złożeniowych i rysunków poszczególnych zespołów i części oraz sprawdzenie rysunków pod względem wymiarów, w tym wykonanie tzw. zestawienia kontrolnego,

j) opracowanie konstrukcji mechanizmu wskazówkowego przystosowanego do dużych obciążeń i pracy w trudnych warunkach (wałki wskazówek wystają na zewnątrz wieży).

zegar na wieży Zamku Królewskiego w Warszawie

Wybrana konstrukcja zegara zamkowego, którą wykonał mgr inż. Marek Górski, przy współpracy z profesorem (wówczas docentem) dr hab. Zdzisławem Mrugalskim i mistrzem Władysławem Zaleskim, zrealizowana jest jednak według… innego schematu blokowego.

Jego szczegóły podam w następnym odcinku tegoż opracowania.


































































Władysław Meller
Współpraca Marek Górski – zegarmistrz, autor konstrukcji zegara

Literatura:
prof. Zdzisław Mrugalski „Zegar na wieży Zamku Królewskiego w Warszawie…”, Klub Miłośników Zegarów i Zegarków, Warszawa 2014
Opracowanie ukazało się w miesięczniku „Projektowanie i Konstrukcje inżynierskie”, nr 4, kwiecień 2015 roku

P.S.
Część ilustracji i elementy dokumentacji technicznej przedstawiają mechanizm do komercyjnego stosowania, do którego z oczywistych względów jest łatwiejszy dostęp.
Mechanizm wykonany przez zegarmistrzów: Marka Górskiego (zakład zegarmistrzowski w Pruszkowie, al. Wojska Polskiego 25) i Marka Binia znajduje się w pracowni tego ostatniego, na ulicy Świętojerskiej 16, w Warszawie.








Polecamy także:

Czasoholicy, pierwsze spotkanie fanów Seiko z europejskimi przedstawicielami marki – relacja oraz wiele zdjęć!
Czasoholicy, pierwsze spotkanie fanów Seiko z europejskimi przedstawicielami marki – relacja oraz wiele zdjęć!
Partnerska grupa Czasoholicy, aktualnie najliczniejsza oraz najprężniej rozwijająca się grupa na Facebooku skupiająca miłośników zegarków, była już niejednokrotnie prezentowana na portalu, a także szerzej opisywana w najnowszym, drugim numerze magazy ...
MB&F - Legacy Machine Perpetual
MB&F - Legacy Machine Perpetual
MB&F - Maximilian Busser i Przyjaciele (Maximilian Busser&Friends). Max ukończył w Lozannie studia na poziomie magisterskim w dziedzinie inżynierii mikro technologicznej. W wieku 31 lat był już dyrektorem w firmie Harry Winston. Jednak w 2005 roku od ...
RADO - HyperChrome Match Point Blue
RADO - HyperChrome Match Point Blue
Rado to marka znana powszechnie z bardzo innowacyjnego podejścia do tworzenia kopert zegarków, konkretnie do materiałów służących do ich budowy. Rado skupiło się na kopertach ceramicznych z różnego rodzaju spieków, z zastosowaniem wielu nowoczesnych ...
Magazyn Allegro: „Zegarki wciąż na czasie” - z udziałem członków redakcji Zegarki i Pasja
Magazyn Allegro: „Zegarki wciąż na czasie” - z udziałem członków redakcji Zegarki i Pasja
W dniu wczorajszym w Magazynie Allegro ukazała się publikacja Pana Jacka Fedora pod tytułem „Zegarki wciąż na czasie”, do udziału w tworzeniu której zaproszenie otrzymała m.in. redakcja portalu Zegarki i Pasja. Autor porusza zagadnienia związane z ak ...
Alpina 1883 Geneve – historia marki
Alpina 1883 Geneve – historia marki
Informacje o marce Alpina oraz jej czasomierzach publikowane były na łamach naszego portalu już wielokrotnie. Wśród wielu czasomierzy jakie prezentowaliśmy na przestrzeni ostatnich lat, na szczególną uwagę zasługuje jeden z nowych modeli tego szwajca ...

Tagi:

ZNAJDŹ NAS NA FACEBOOKU

Alpina

REKLAMA

Doxa

REKLAMA

Partner KMIZ

PARTNER

Glycine

REKLAMA

Seiko SeikoSeiko

REKLAMA

Junghans

REKLAMA

Epos

REKLAMA

Kalendarium ewolucji mechanizmów

Kalendarium ewolucji mechanizmów

Aerowatch

REKLAMA

Instagram

Zegarki i pasja na Instagramie

OMEGA MEMOMATIC – wyjątkowy czasomi...
OMEGA MEMOMATIC – wyjątkowy czasomi...
08.06.2015
Zegary roczne – wykład klasy świato...
Zegary roczne – wykład klasy świato...
21.06.2015

Podstrony producentów

Brand - Aerowatch
Brand - Alpina
Brand - Atlantic
Brand - Audemars Piguet
Brand - Aviator Swiss Made
Brand - Balticus
Brand - Bulova
Brand - Carl F. Bucherer
Brand - Certina
Brand - Chopard
Brand - Citizen
Brand - Czapek Geneve
Brand - Davosa
Brand - Doxa
Brand - Epos
Brand - Eterna
Brand - Frederique Constant
Brand - Glycine
Brand - Junghans
Brand - Longines
Brand - Maurice Lacroix
Brand - MeisterSinger
Brand - Montblanc
Brand - Movado
Brand - Omega
Brand - Orient
Brand - Oris
Brand - Polpora
Brand - Rado
Brand - Roamer
Brand - Schaumburg
Brand - Seiko
Brand - Steinhart
Brand - Tag Hauer
Brand - Tissot
Brand - Ulysse Nardin
Brand - Victorinox
Brand - Vostok Europe
Brand - Xicorr
Dołącz do naszego newslettera
i bądź zawsze na bieżąco