Komplikacje konstrukcji mechanizmu zegarka. Część 1

By w sposób usystematyzowany wskazywać na nietypowe rozwiązania – tak zwane komplikacje konstrukcji mechanizmu zegarka, trzeba odnosić się do schematu blokowego takiego mechanizmu.

Schemat blokowy mechanizmu zegarowego przedstawiamy poniżej:



By w sposób jednoznaczny wskazywać konkretne komplikacje, niezbędne jest by przy każdym z bloków funkcjonalnych schematu precyzyjnie określić jego zadania (jaką pełni rolę), rozwiązanie które przyjmujemy jako bazowe, oraz wskazać na czym polegają i jak nazywają się specjalne konstrukcje.

Dodatkowo, dla każdego bloku funkcjonalnego staramy się wybrać i opisać ciekawą realizację komplikacji konstrukcji danego bloku.

1. Mechanizm naciągu zegarka

Zadanie

Zadaniem naciągu jest przeniesienie energii z zewnątrz do modułu napędu zegara. Przez cały okres historii zegarów mechanicznych, począwszy od zegarów wieżowych, poprzez zegary domowe, a potem także noszone, łącznie z czasem królowania, wskazanego tutaj zegarka bazowego, zespół naciągu był obsługiwany przez człowieka i tylko przez niego generowana energia była manualnie przenoszona do napędu. Trudność i wkład pracy dla nakręcenia zegara, a później zegarka, dzięki poprawie sprawności działania urządzeń oraz ich miniaturyzacji, zmniejszał się jednak znacząco, przez kolejne wieki i lata rozwoju branży. Nie bez znaczenia było także ciągle poprawianie ergonomii modułu naciągu.

Rozwiązanie bazowe

Jako rozwiązanie bazowe przyjmujemy tutaj naciąg manualny, realizowany poprzez koronkę naciągową.

Komplikacje konstrukcji

Jako komplikacje konstrukcji zespołu naciągu zegarka musimy wskazać:
- inny niż koronka kształt elementu manipulacyjnego (w tym także korba naciągowa)
- naciąg automatyczny z obrotowym wahnikiem. W tym punkcie mieszczą się rozwiązania z wahnikiem jednokierunkowym i dwukierunkowym, centralnie ułożonym i mikrorotorem, wahnikiem peryferyjnym, duplikowaną jego liczbą)
- naciąg automatyczny z elementem bezwładnościowym wykonującym ruch posuwisto-zwrotny

Przykładowa komplikacja konstrukcji mechanizmu naciągu zegarka

Powszechnie znanym i doskonale działającym jest naciąg automatyczny z wahnikiem centralnym, stosowany w mechanizmach z rodziny Valjoux 7750.



Jego konstrukcja zapewnia nakręcanie zegarka przy ruchu wahnika w jednym kierunku.

Przy zbliżonym do płaskiego ułożeniu zegarka, przy obrocie w ruchu jałowym, ze względu na dużą bezwładność wahnika i małe opory sprzęgła łatwo, a co za tym idzie - często dochodzi do szybkiego ruchu obrotowego. W jego trakcie właściciel zegarka słyszy charakterystyczny, doskonale rozpoznawalny dźwięk.



Wśród osób zaczynających swoją przygodę z zegarkami potrafi on wywołać zaniepokojenie, a przez miłośników zegarków jest oczekiwanym, cieszącym ucho zjawiskiem.     

2. Mechanizm napędu mechanizmu zegarka

Zadanie

Moduł napędu jest silnikiem o ograniczonym zasobie energii. Jego zadaniem jest zgromadzenie zapasu energii potencjalnej, która uzyskiwana jest poprzez napięcie sprężyny napędowej. Energia jest potrzebna dla prawidłowego działania zegara w ciągu całego założonego czasu pracy, aż do kolejnego nakręcenia.

Jest ona zgromadzona w module napędu i udostępniana na wejściu przekładni chodu.

Rozwiązanie bazowe

Jako rozwiązanie bazowe zespołu napędu można przyjąć sprężynę warstwową typu „S-ka”, w bębnie, warstwowa, przy konstrukcji zapewniającej rezerwę chodu mniejszą niż 50 godzin.

Komplikacje konstrukcji

Jako komplikacje konstrukcji zespołu napędu zegarka musimy wskazać:
- dodatkowe elementy stabilizujące moment napędowy na wyjściu z zespołu napędu (dźwignia wyrównawcza, krzyż maltański, bęben wyrównawczy)
- konstrukcje zapewniające większą stabilność momentu napędowego i minimalizację strat energii (Motor Barrel, Spherodrive)
- konstrukcje zapewniające większą stabilność momentu napędowego i wydłużenie rezerwy chodu (multiplikowanie liczby bębnów napędowych, szeregowe, równoległe i mieszane łączenie bębnów)
- konstrukcje zapewniające wydłużenie rezerwy chodu (dłuższe sprężyny napędowe)
- konstrukcje umożliwiające wskazanie rezerwy chodu i chwilowego momentu napędowego (tak zwany Dynamograf)

Przykładowe rozwiązanie komplikacji konstrukcji zespołu napędu zegarka

Obecność wskazania rezerwy chodu dla każdego mechanizmu zegarowego jest niekwestionowaną, pozytywną cechą, gdyż znacznie zwiększa ona funkcjonalność posiadających takie wskazanie zegarów i zegarków. Dla zegarów sprężynowych realizacja wskazania rezerwy chodu nie jest sprawą tak prostą. Do tego trzeba zauważyć, że wraz z rozwojem cywilizacyjnym, a równocześnie dla wielu z nich wskazanie rezerwy chodu było bardzo pożądane.



Wskazanie rezerwy chodu zwykle jest realizowane poprzez porównanie liczby obrotów wałka sprężynowego – w czasie nakręcania zegarka, z liczbą obrotów bębna ze sprężyną napędową - podczas chodu mechanizmu.

Dla wykonania takiego porównania stosuje się tak zwany mechanizm różnicowy.

Genialne rozwiązania, w których do konstrukcji mechanizmu różnicowego użyto istniejących elementów zegarka, w prosty sposób zapewniając im dodatkowe funkcjonalności, oraz zaledwie kilku prostych elementów, przedstawił ostatnio polski inżynier i zegarmistrz Karol Roman.

Podstawą jego rozwiązań jest bezpośrednie wykorzystanie obrotów koła płaskiego w trakcie nakręcania zegarka i bębna sprężyny w trakcie chodu zegarka. Porównanie następuje dzięki nacięciu na wskazanych kołach rowków w kształcie spirali Archimedesa. Ze spiralami współpracuje koło zębate zamocowane w przesuwnym jarzmie. W drugim rozwiązaniu każde z kół (płaskie i bęben napędowy) sprzęgnięte jest ze swoim ślimakiem, a każdy z nich współpracuje z zamocowaną w przesuwnym jarzmie ślimacznicą.

Rozwiązania Karola Romana w stosunku do istniejących rozwiązań wymagają zdecydowanie mniejszej liczby elementów dodatkowych, a co za tym idzie nie powodują konieczności znacznego powiększenia gabarytów mechanizmu.

3. Przekładnia chodu mechanizmu zegarka

Zadanie

Zadaniem przekładni chodu jest przeniesienie energii z modułu napędu na wejście modułu wychwytu, oraz podanie, odpowiednio mocnego, sygnału wzorcowego (stała prędkość obrotowa wałka) na wejściu modułu przekładni wskazań. Przekładnia chodu jest kilkustopniową przekładnią przyspieszającą.

Ze względu na potrzebę miniaturyzacji urządzenia, niezbędne jest w takim przypadku stosowanie zębników o małej liczbie zębów.

Sposób działania przekładni musi gwarantować dostarczanie odpowiedniego poziomu energii, w każdym momencie pracy urządzenia. Dla spełnienia tego wymogu, konieczna jest maksymalna sprawność chwilowa przekładni (jak najmniejszy spadek momentu napędowego na kole wychwytowym przy dowolnym ustawieniu zazębienia, na każdym ze stopni przekładni).

Rozwiązanie bazowe

W rozwiązaniu bazowym mamy przekładnię chodu składającą się z kolejno współpracujących ze sobą, tworzących łańcuch kinematyczny kół: minutowego, pośredniego, sekundowego i wychwytowego. Koła łożyskowane są w kamieniach syntetycznych (wyjątkiem może być koło minutowe łożyskowane bezpośrednio w płycie/mostku mechanizmu), osadzonych w płycie nośnej i mostku (mostkach) zegarka. Płyty i mostki są wykonane z mosiądzu, powierzchniowo zabezpieczone (złocenie lub niklowanie) i nie muszą posiadać dodatkowych dekoracji.

Komplikacje konstrukcji

Jako komplikacje konstrukcji modułu przekładni chodu należy wskazać:
- kasowanie luzów poosiowych dzięki zastosowaniu kamieni nakrywkowych w łożyskach kół przekładni
- uzyskanie wskazówki sekundowej na osi leżącej poza łańcuchem kinetycznym przekładni
- przekładnia chodu z tourbillonem, gyrotourbillonem
- przekładnia chodu z karuzelą

Przykładowa komplikacja konstrukcji przekładni chodu zegarka

Niezwykłą, a równocześnie codzienną komplikacją konstrukcji zespołu przekładni chodu jest uzyskanie centralnego położenia osi sekundowej ze wskazówką sekundową, która znajduje się poza łańcuchem kinetycznym przekładni chodu.

Wydaje się, że przede wszystkim dla zwiększenia dokładności odczytu wskazania sekund, w trakcie rozwoju zegarków wskazówka sekundowa powędrowała na środek tarczy zegarka. Powiększanie całego zegarka, tylko dla łatwiejszego określenia wskazań sekund poprzez powiększenie mini tarczy sekundnika, a co za tym idzie całego zegarka, byłoby przecież zaprzeczeniem pomysłowości ówczesnych zegarmistrzów.



Wydaje się, że pierwotnym rozwiązaniem dla zegarków z centralną wskazówką sekundową była konstrukcja piętrowa z dodatkowym kołem sekundowym umiejscowionym w otworze wykonanym w osi minutowej zegarka. Kolejnym krokiem było zastąpienie koła samą tylko osią sekundową.

W międzyczasie skonstruowano zegarek z centralną wskazówką sekundową umieszczoną na kole sekundowym – elemencie łańcuch kinetycznego zegarka, które znalazło się w centrum mechanizmu.

W dzisiejszych rozwiązaniach koło minutowe znajduje się poza centrum mechanizmu, co umożliwia lepszą jakość techniczną konstrukcji (lepsze parametry dokładnościowe) przy obecności centralnej wskazówki sekundowej.

4. Zespół wychwytu mechanizmu zegarka

Zadanie

Zadaniem wychwytu jest przekazanie do oscylatora, energii pochodzącej z napędu, transmitowanej przez przekładnię chodu, a równocześnie impulsowe zwalnianie przekładni chodu.

Rozwiązanie bazowe

Za rozwiązanie bazowe przyjmujemy wychwyt szwajcarski z kołem wychwytowym i kotwicą wykonywanymi ze stali. Palety kotwicy są wykonane z rubinu. W wychwycie takim impulsy przekazywane są pośrednio – poprzez kotwicę wychwytu.



Komplikacje konstrukcji

Komplikacje wychwytu mogą polegać na:
a) zmianie geometrii elementów wychwytu
b) zmianie sposobu ustawienia wychwytu
c) zmianie sposobu przekazywania energii poprzez:
- impulsy bezpośrednie (np. rozwiązanie firmy Audemars Piguet)
- impulsy mieszane – bezpośrednie i pośrednie (CoAxcial)
- impulsy stało siłowe
d) użyciu odmiennych, specjalnych materiałów i technologii ich wykonania
- użycie krzemu
- technologia LIGA

Przykładowa komplikacja konstrukcji mechanizmu naciągu zegarka

Rozwiązaniem, które łączy trzy ze wskazanych sposobów odmiennej konstrukcji wychwytu, jest zespół stosowany we współczesnych zegarkach firmy H. Moser&Cie. Wykonane ze złota w technologii LIGA koło wychwytowe ma niezwykle wysoką gładkość powierzchni, zastosowanie specjalnego sposobu regulacji zagłębienia wychwytu dzięki tak zwanej smoczej krzywce łącznie umożliwiają znaczące obniżenie strat tarcia w zespole wychwytu.

Spełnienie wymagania bardzo precyzyjnego spozycjonowania elementów wychwytu gwarantowane są tylko w warunkach fabrycznych, ale moduł wychwytu jest elementem wymiennym – możliwym do zamówienia przez serwis wykonujący okresowy przegląd zegarka.



Doskonałe parametry pracy wychwytu konstrukcji firmy H. Moser&Cie zapewniają wydłużenie czas pracy mechanizmu – większą rezerwę chodu.    

Koniec części 1

Dalsze zespoły funkcjonalne mechanizmu, ich zadania, przyjęte rozwiązanie bazowe, wskazanie możliwych ich komplikacji, oraz opis wybranego rozwiązania komplikacji konstrukcji w kolejnej części.

Materiał szkoleniowy powstał w ramach przygotowania do 1. edycji „Matury z  wiedzy o zegarkach”, materiał przygotowany przez Zegarki i Pasja

Pozostałe opracowania tu: Wielka matura z wiedzy o zegarkach

Redakcja Zegarki i Pasja