Epizod 5. Napęd - sprężyna w bębnie

POWRÓT 05.09.2015 Komplikacje konstrukcji mechanizmów
Epizod 5. Napęd - sprężyna w bębnie

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.
 

Napęd zegarka - sprężyna w bębnie

Bilans energetyczny dla modułu napędu

Mechanizm zegarka jest urządzeniem konstrukcyjnie dość skomplikowanym, pod kątem zapotrzebowania energetycznego, a do tego, jest doskonałym „rozpraszaczem energii”. Cała zgromadzona w module napędu i udostępniona na wejściu przekładni chodu energia, jest rozpraszana przez zegarek, w ciągu założonego na etapie projektowania konstrukcji mechanizmu, okresu czasu pracy przy jednokrotnym nakręceniu.

Zegarek jako całość, nie wykonuje żadnej czynności, w języku potocznym nazywanej pracą. Nie powoduje przemieszczenia, obrotu, transformacji, czy przeniesienia energii do innego urządzenia. Sukcesywnie emitowana z modułu napędu energia musi zapewnić pokonanie oporów ruchu, w każdym elemencie mechanizmu, gdzie choćby w przypadku rozbudowanego układu wskazań, moduł ten potrzebuje jej znacząco dużo.

Dodatkowo, sama konstrukcja przekładni chodu i urządzenia wskazującego, powoduje powstawanie znacznych różnic w chwilowych oporach ruchu. Spowodowane tym znaczące wahania momentu chwilowego, na wejściu modułu wychwytu, tak przy zbyt dużym, jak i przy zbyt małym jego poziomie, mają decydujący wpływa na dokładność działania zegarka. Sam oscylator zegarka, musi rozproszyć tę pozostałą część energii, która jest mu przekazana przez moduł wychwytu.

Sprężyna plaska spiralna

Sprężyna jako elementu napędu

Cała energia zegarka jest zmagazynowana poprzez naprężenie sprężyny napędowej. Pierwsze zastosowanie sprężyny płaskiej do napędu zegara jest datowane na XV wiek. Wiadomo, że sprężyny płaskie spiralne były używane w zamkach drzwiowych już od początku tegoż wieku, a zegarmistrzowskie i ślusarskie zajęcia były wykonywane przez te same osoby.

Najstarszym istniejącym przykładem zastosowania sprężyny do napędu zegara jest Zegar Burgundzki pochodzący z 1430-go roku (wykonany w Padwie dla Filipa Dobrego1), znajdujący się w muzeum w Norymberdze2. Spiralnie ułożonej sprężyny płaskiej użył na pewno Peter Henlein w pierwszym zegarze noszonym - w roku 1510.

Zgodnie z tą samą informacją, ruchomy bęben wewnątrz którego zamknięto pracującą sprężynę napędową, po raz pierwszy zastosował Jean-Antoine Lépine w roku 1760. Było to o tyle istotne, że zastosowanie bębna zmieniło zachowanie się mechanizmu w trakcie nakręcania (nie zanika moment napędowy), a sam bęben ogranicza przestrzeń zajmowaną przez rozwiniętą (lub pękniętą) sprężynę napędową. Nieruchomy bęben chroniący mechanizm przez zgubnymi skutkami pęknięcia sprężyny, na pewno był protoplastą dla dzisiaj stosowanych bębnów sprężynowych.

Pękanie sprężyny napędowej było bardzo częstym uszkodzeniem zegarów i zegarków. Ocenia się, że do lat sześćdziesiątych poprzedniego wieku, pęknięcie sprężyny z powodu zmęczenia materiału, było najczęstszym powodem zepsucia się mechanizmu. Do pęknięcia sprężyny dochodziło zwykle w końcowym momencie procesu nakręcania zegarka.

Dopiero specjalny sposób walcowania taśmy stalowej, w trakcie procesu produkcji sprężyny, powodujący powstanie układu warstwowego w strukturze wewnętrznej stali (sprężyna warstwowa), zminimalizował częstotliwość występowania tego uszkodzenia. Po wyjęciu, lub przed włożeniem do bębna, sprężyna napędowa naszego zegarka bazowego, w wyniku specjalnego ukształtowania ostatniego jej zwoju, ma kształt litery „S” (sprężyna „S-ka”).

Sprężyna zegarkowa


Taki sposób wykonania sprężyny powoduje, że przy jej rozwijaniu się w bębnie, zewnętrzne zwoje układają się jako pierwsze na ściance bębna. Zapewnia to minimalizację niebezpieczeństwa zakleszczenia się zwojów sprężyny w trakcie rozwijania. Tak, jak w przypadku większości wynalazków, także takie ukształtowanie spirali, było odpowiedzią na pojawiający się często błąd zakleszczania się sprężyny.

Prawdopodobieństwo jego wystąpienia było potęgowane przy długich sprężynach, stosowanych dla uzyskania większej rezerwy chodu mechanizmu.

Moduł zapadki

Zapadka

W tym miejscu należy wrócić do konstrukcji, opisanego w poprzedniej części tego opracowania, modułu zapadki. Musi być on tak wykonany, by sprężyna napędowa lekko cofała się po jej maksymalnym naciągnięciu. Tak zwolniona z maksymalnego napięcia  sprężyna, pewniej rozpoczyna swoją pracę i dłużej utrzymuje swoją sprężystość.

Oddzielnymi tematami są ograniczenie zakresu pracy sprężyny, przez zastosowanie tak zwanego krzyża maltańskiego, czy stosowanie bębna wyrównującego moment napędowy, niezbędne dla mechanizmów z wychwytem szpindlowym. Obydwa te rozwiązania, choć są znane od dawna, nie występują w naszym zegarku bazowym i będą omówione w dalszej części opracowania, jako stosowane dziś komplikacje konstrukcji mechanizmu.
 

Kilka słów dla podsumowania

Ze względu na przewidziany zakres niniejszego opracowania, opisując napęd i sposób wykonania sprężyny, nie wspomniałem więcej o zmianach w rodzaju i własnościach materiałów, obróbce cieplnej, czy modyfikacjom zaczepu sprężyny, które to zmiany, były także znaczącymi krokami, na zegarmistrzowskiej drodze rozwoju tego modułu mechanizmu zegarka.

Podsumowując opis modułu napędu, w zegarku bazowym mamy do czynienia ze sprężyną płaską, spiralną, warstwową, ukształtowaną jako „S-ka”, o długości zapewniającej prawidłowe działanie mechanizmu przez czas krótszy niż 50 godzin, zamkniętą w bębnie napędowym.

Władysław Meller

[1] Zajdler. Dzieje zegara

[2] Wikipedia - https://en.wikipedia.org/wiki/Mainspring

Rozwinięcie tego tematu, znajduje się w kolejnych publikacjach na podstronie: Komplikacje konstrukcji mechanizmów

Tagi:

Magazyn ZIP NR 7

MAGAZYN ZIP NR 7 - odbierz egzemplarz!

ZEGARKI I PASJA NA YOUTUBE

REKLAMA

ZNAJDŹ NAS NA FACEBOOKU

Glycine

REKLAMA

Aerowatch

REKLAMA

Partner Czasocholicy

PARTNER

Doxa

REKLAMA

Epos

REKLAMA

Oris

REKLAMA

Seiko2

REKLAMA

Junghans

REKLAMA

Kalendarium ewolucji mechanizmów

Kalendarium ewolucji mechanizmów

Instagram

Zegarki i pasja na Instagramie

Epizod 4. Moduł naciągu zegarka baz...
Epizod 4. Moduł naciągu zegarka baz...
04.09.2015
Komplikacje konstrukcji modułu napę...
Komplikacje konstrukcji modułu napę...
25.01.2017

Podstrony producentów

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