Budowa i zasada działania zegarka

Bez paliwa nie pojedziesz

Mówi się, że zegarki mechaniczne mają duszę. Żyją niejako w symbiozie z właścicielem chociażby poprzez fakt, iż sposób użytkowania ma wpływ na jakość pomiaru czasu. Dość powiedzieć, że najlepsze rezultaty w kontekście precyzji chodu osiąga się wówczas, gdy czasomierz regulowany jest pod konkretną osobę. Użytkowanie zegarka pozwala też dostarczyć odpowiednią ilość paliwa niezbędnego do pokonania oporów tarcia oraz przekazania impulsów energii regulatorowi (jeżeli nie posiadamy rotomatu). Podstawowy podział czasomierzy mechanicznych na płaszczyźnie pozyskania energii do napędu przebiega w oparciu o rodzaj naciągu, który może być manualny lub automatyczny. W pierwszej części opisaliśmy jak działa naciąg manualny, a co z automatem? Od dawna zegarmistrzom sen z powiek spędzało opracowanie konstrukcji zdolnej do samonakręcania się. Jako ciekawostkę podamy, że dotyczyło to także zegarów wieżowych. W jednym z miast zbudowano ruchomy pomost, który uginał się pod ciężarem przechodniów, a także przejeżdżających pojazdów. Wykreowany w ten sposób ruch za pośrednictwem zębatki oraz zespołu przekładni był wykorzystywany do podciągania obciążników zegara wieżowego. W zegarkach kieszonkowych / naręcznych energię pozyskuje się ze wstrząsów lub zmian położenia będących naturalnym efektem korzystania z czasomierza. Za protoplastę automatu uznaje się Abrahama-Louisa Perreleta, który w roku 1770 opracował stosowny mechanizm zawierający masę zamachową (zwaną wahnikiem) nakręcającą sprężynę. Gdy ta była naciągnięta na do maksimum, wahnik blokował się do momentu częściowego jej rozwinięcia.

W historii zegarmistrzostwa pomysłodawców rozwiązań konstrukcyjnych naciągu automatycznego było wielu jednak przeważnie nie wyszli oni ze swoimi projektami poza stadium empiryczne ograniczone do pojedynczych prototypów. Dopiero angielski zegarmistrz – John Harwood, opracował konstrukcję naciągu automatycznego dla zegarka mechanicznego nadającą się do wdrożenia do produkcji seryjnej. W roku 1924 opatentował swój pomysł, a jednocześnie zainspirował oraz pobudził do działania rynek czego efektem było pojawienie się około 300 rozwiązań konstrukcyjnych. Jednakże srogim weryfikatorem dokonań okazała się rzeczywistość, która nie wszystkich obdzieliła łaskawie. Dziś, wielu rozwiązań w zakresie poruszanej tematyki nikt już nie pamięta. Sklasyfikujmy zatem wycinek tego, co przetrwało.

Wahnik i łożyskowanie wahnika

Poszczególne naciągi różniły się między innymi ze względu na sposób pracy wahnika oraz ułożyskowanie. Poruszając się w obrębie rzeczonych zagadnień należałoby wskazać na wahniki pokonujące opór sprężyny ruchem posuwisto-zwrotnym czyli wahniki wstrząsowe powstrzymywane przez sprężynę zwrotną. Były też wahniki odbojowe, których obrót ograniczały sprężynki odbojowe oraz wahniki obrotowe mogące obracać się bez żadnych ograniczeń. Nie mniej istotne znaczenie ma także kształt wahnika, a ten nie bez powodu jest półkolisty. Chodzi bowiem o to, aby energia ze wstrząsów oraz ruchów ręki była wykorzystywana najefektywniej. Dlatego największy ciężar umiejscawia się na półwieńcu (obwodzie wahnika) tak, aby jak najwięcej masy skoncentrować najdalej od osi obrotu. Z uwagi na ciężar masy zamachowej, niezwykle istotnego znaczenia nabiera jakość ułożyskowania. Świetnym w kontekście jakości rozwiązaniem jest łożysko kulkowe. W aspektach historycznych tematyka wspomnianego łożyskowania sięga roku 1941 i firmy Eterna, która była jedną z pierwszych stosujących łożyska kulkowe. Po stronie zalet należałoby tu wskazać odporność na duże wstrząsy w rezultacie których wahnik nie powodował uszkodzeń. Na takie zachowanie konstrukcji miały wpływ specjalne sprężynujące miseczki pełniące rolę absorberów. Z kolei docisk wkrętem wewnętrznego obwodu koszyka wraz z miseczkami tworzącymi wewnętrzny pierścień łożyska powodował, iż ułożyskowanie wahnika miało zaledwie minimalny luz. Jako ciekawostkę podamy, że średnica pojedynczych kulek umieszczonych w koszyku wynosiła zaledwie 0,65 mm, a tysiąc rzeczonych kulek miało sumaryczną wagę 1 grama. Wracając do zalet konstrukcji, wyschnięcie smaru nie powodowało zatarcia się czopa. Obecnie w wysokiej jakości mechanizmach stosowane są kulkowe łożyska ceramiczne, co przekłada się na trwałość, a więc mniejsze zużycie łożyska oraz minimalizację tarcia tak bardzo istotną z punktu strat energii. Ciekawy też pomysł miała firma IWC, która wahnik ułożyskowała sprężyście.

Czop (1) na którym obracał się wahnik został usytuowany na specjalnie wyprofilowanej sprężynującej płytce przymocowanej do mostka bębna. W rezultacie konstrukcja podczas silnych wstrząsów zabezpieczała czop przed złamaniem. Inne metody łożyskowania wahnika oparto na łożyskach metalowych lub kamiennych jednak to kulkowe oferują najwyższą jakość.

Naciąg automatyczny

Niezależnie od konstrukcji, ruchy wahnika trzeba przenieść do wałka sprężyny umieszczonej w bębnie. I tu wchodzimy w aspekt transmisji energii, co wymaga zastosowania przekładni oraz urządzenia zapadkowego zabezpieczającego napęd przed cofaniem. W ramach podstawowego podziału połączeń mamy połączenia krzywkowe, zapadkowe oraz zębate, które określają co jest elementem łączącym wahnik z przekładnią naciągu automatycznego. Może to być odpowiednio krzywka, zapadka, zębnik, wycinek zębaty lub koło zębate. Oczywiście wybrane firmy zegarkowe proponują w tym względzie własne modyfikacje konstrukcyjne mające zapewnić wysoką efektywność naciągu przy stosunkowo niskich stratach energii. Wysoko ceniona jest konstrukcja firmy IWC opracowana przez Alberta Pellatona.

Jak to działa? Otóż na czopie usadowiona jest krzywka (1) do której przymocowano wahnik. Ruch wahnika powoduje obrót krzywki znajdującej się pomiędzy dwiema rolkami (2,3) komponentu naciągu (4). Zawiera on dwie zapadki (5,6) dociskane sprężynką do zębów koła zapadkowego (7) (nie mylić z kołem zapadkowym bębna!). Rzeczone zapadki w wyniku ruchu krzywki wahnika, a w ślad za tym części w której są usadowione, poruszają naprzemiennie koło zapadkowe. W osi rzeczonego koła znajduje się zębnik, który zazębia się z kołem naciągowym przekazującym energię do koła zapadkowego usytuowanego na wałku sprężyny. Jest to efektywne rozwiązanie, a jednocześnie proste i niezawodne w działaniu. Kiedyś jeden z czołowych zegarmistrzów IWC, Kurt Klaus, mówił, że bardzo sporadycznie występowała konieczność serwisowania podzespołu naciągu Pellatona. Świetny pomysł miała także firma Seiko.

Japończycy z kolei zamiast krzywki w kontekście wahnika (1) wykorzystali zębnik (2). Ów zębnik zazębia się z pierwszym kołem redukcyjnym (3) na którym umiejscowiono mimośrodowo krzywkę (4). Na rzeczoną krzywkę nałożona jest „magiczna dźwignia” (5) jak określa to firma Seiko. Tę dźwignię wyposażono w dwie zapadki (6,7) oddzielnie obracające drugie koło redukcyjne (8) w zależności od kierunku w jakim podąża wahnik. Warto przy tym dodać, iż jedna z zapadek ciągnie koło, a druga popycha uzyskując w ten sposób jednokierunkowy obrót. W osi drugiego koła redukcyjnego znajduje się zębnik (9) obracający koło zapadkowe (10) i w konsekwencji nakręcający wałek sprężyny w bębnie.

Jest to konstrukcja efektywna, a przy tym uproszczona w odniesieniu do konkurencyjnych rozwiązań naciągu dwustronnego. Tu dochodzimy do kolejnego podziału automatów na naciąg jednokierunkowy oraz obukierunkowy. Z pierwszym przypadkiem mamy do czynienia wówczas, gdy wahnik naciąga sprężynę w bębnie podczas ruchu w tylko w jedną stronę. Analogicznie ruchu obukierunkowego chyba nie trzeba wyjaśniać. Uzupełnienia wymaga natomiast inne, niezwykle istotne rozwiązanie konstrukcyjne stanowiące element przekładni naciągu dwustronnego, a mianowicie nawrotnik. Jego zadanie polega na zapewnieniu jednokierunkowego obrotu wałka sprężyny napędowej tak, aby możliwe stało się nakręcenie czasomierza.

Energia i napęd

Skoro mamy już mniej więcej przeanalizowany sposób dostarczania energii do bębna, zastanówmy się nad jakością paliwa przekazywanego z napędu do pozostałych części mechanizmu. Pisząc o jakości paliwa mamy na myśli równomierność rozłożenia impulsów w kontekście ich siły. Siła impulsów wpływa bowiem na jakość pracy regulatora, który w wyniku tej zależności osiąga zmienną amplitudę nie pozostającą bez wpływu na okres wahania, a więc też i na izochronizm (terminy, którymi teraz się posługujemy, zostały szczegółowo wyjaśnione przy okazji opisu regulatora). Zależnie od stopnia naciągu sprężyny w bębnie, siła napędowa znacząco się różni. To dlatego, gdy producenci podają wielkość rezerwy chodu, zazwyczaj zaniżają prezentowane wartości. Innymi słowy, zegarek może pracować dłużej aniżeli zadeklarowana przez wytwórcę liczba godzin jednakże cierpi na tym precyzja chodu. Dla dokładności pomiaru czasu najlepiej jest, gdy stopień naciągu sprężyny w bębnie utrzymuje się mniej więcej na stałym poziomie. Na tej podstawie niektórzy formułują spostrzeżenia o wyższości naciągu automatycznego nad manualnym, bo przy automacie łatwiej jest spełnić rzeczone założenie. Tu dochodzimy do podstawowej wady jaką legitymizują się napędy sprężynowe – zmiennego momentu napędowego. Energia zwiniętej sprężyny w bębnie jest kumulowana w postaci naprężeń występujących w materiale sprężyny zwanych siłami sprężystości. Jakość pracy napędu zamyka się między innymi w stopie z którego wykonano sprężynę oraz właściwemu dobraniu parametrów takich jak długość, grubość oraz szerokość sprężyny. Parametry te są składowymi wzoru według którego oblicza się jej moment napędowy. Jakiś czas temu zdefiniowano kilka prostych, teoretycznych prawideł regulujących opisywane zagadnienie. Przede wszystkim, moment napędowy przy maksymalnym naciągnięciu sprężyny w bębnie nie powinien przekraczać dozwolonej wielkości amplitudy wahnięć regulatora i odwrotnie, podczas rozwijania się sprężyny w bębnie, zmniejszenie momentu napędowego nie powinno przekraczać wartości granicznych ustalonych dla najmniejszej dopuszczalnej amplitudy. Ponadto parametry sprężyny w kontekście skali naprężeń oraz elastyczności materiałowej winny gwarantować bezpieczeństwo konstrukcji oraz trwałość. Ważna jest więc umiejętność znalezienia optymalnych właściwości. Chcąc np. uzyskać wyższy poziom siły sprężyny, można by zwiększyć jej grubość, ale wówczas mogłoby to negatywnie wpłynąć na elastyczność, a tym samym narazić na ryzyko pęknięcia. Ograniczyłoby to również jej długość. Przyjęto bowiem zasadę, iż ilość miejsca w bębnie zajęta przez sprężynę rozwiniętą powinna być wprost proporcjonalna do ilości miejsca, które zajmuje sprężyna nakręcona na wałek. Jest to około 50% wolnej powierzchni bębna, ale trzeba przy tym uwzględnić średnicę wałka. Co zatem z zegarkami, które mają długą rezerwę chodu? Średnica bębna nie jest przecież nieograniczona, a zapakowanie zbyt długiej sprężyny nic by nie dało. Dlaczego? Ponieważ w skrajnym przypadku sprężyna nie miałaby miejsca, aby się rozwinąć. W rezultacie trudno byłoby mówić o jakiejkolwiek rezerwie chodu. Nie wierzcie w żadne czary mary szczególnie, że problem zmienności momentu napędowego powiększy się wraz ze wzrostem autonomii chodu, a więc trzeba będzie to jakoś wyrównać. W takim przypadku zachodzi potrzeba użycia kilku bębnów. Ich sprzężenie może być równoległe lub szeregowe. Przy połączeniu równoległym siła podwaja się dlatego można użyć sprężyn cieńszych, a tym samym zwiększyć ilość zwojów. Natomiast przy sprzężeniu szeregowym podwojeniu ulega liczba obrotów bębnów dzięki czemu sprężyny mogą być krótsze. Cieńsze zwoje ogranicza się także do pojedynczego bębna (np. przy rezerwie chodu rzędu 60-70 godzin), ale wówczas zegarmistrzowie muszą przyłożyć szczególną wagę do zminimalizowania poziomów strat energii. Ważne jest więc odpowiednie wykończenie zębów kół przekładni, aby zazębienia nie absorbowały zbyt dużo paliwa. Do tego dochodzi tarcie w łożyskach, przyleganie czopów itp.. Masę energii pochłania wychwyt oraz regulator. Reasumując, konstrukcja jako całość ma niebagatelne znaczenie dlatego nie sposób rozpatrywać wycinek mechanizmu w oderwaniu od pozostałych kluczowych elementów.

Wychwytu oraz regulator w największym stopniu decydują o precyzji chodu stanowiąc w wymienionym aspekcie najbardziej krytyczny podzespół mechanizmu wpływający na realizację podstawowej funkcji zegarka.

Wychwyt

Jak zaznaczyliśmy w pierwszej części dotyczącej ogólnej budowy mechanizmu, wychwyt ma do spełnienia dwojakie zadanie. Mianowicie przekazuje energię z przekładni chodu do oscylatora, a jednocześnie poprzez współpracę z tymże regulatorem wstrzymuje oraz uwalnia ruch mechanizmu chodu. Rezultat rzeczonego współdziałania następnie podawany jest na wejście przekładni wskazań. Historia wychwytów nacechowana jest kreatywnością twórców, która w sposób szczególnie efektywny zmaterializowała się około roku 1676 kiedy to angielski fizyk Robert Hooke opracował wychwyt hakowy. Konstrukcja ta rozpowszechniła się głównie ze względu na wysoką tolerancję dotyczącą precyzji wykonania oraz niską wrażliwość odnoszącą do zabrudzeń. Ponadto występujące w nim opory tarcia były proporcjonalne do wielkości momentu napędowego, a tym samym nie miały zasadniczego wpływu w kontekście amplitudy wahadła. Zanik momentu napędowego nie powodował uszkodzenia koła wychwytowego, a niska czułość na przechylenie zegarka uzupełniała listę zalet. Wadą konstrukcji była wysoka zmienność chodu na co między innymi wpływ miało duże, zmienne tarcie na paletach. Swoją cegiełkę, a właściwie cegłę do rozwoju wychwytów w roku 1715 dołożył George Graham. Jego dzieło wykazywało się mniejszym zużyciem energii w stosunku do wychwytu hakowego, a ponadto znacznie wyższą dokładnością wskazań. Z opracowaniem Grahama rywalizował Francuz Achille Brocot uzyskując zbliżone poziomy dokładności pracy jednakże na przestrzeni lat tę rywalizację lepiej wytrzymała konstrukcja Grahama. To właśnie ona dała podstawy do prac nad wychwytem kotwicowym jaki współcześnie jest najczęściej wykorzystywany w zegarkach mechanicznych. Problem jednakże tkwił w tym, iż kotwica w wychwycie Grahama pracowała w obrębie małych wahnięć o amplitudzie nie przekraczającej 8 stopni. O ile w przypadku wahadła jako regulatora rozwiązanie to było wystarczające, to już w odniesieniu do koła balansowego nie zdawało egzaminu. Za bary z tematem między innymi złapali się ks. Jean de Hautefeuille (rok 1722) i uczeń Grahama – Thomas Mudge. Ten drugi około roku 1757 użył przerzutnika jako łącznika wychwytu z balansem. Przerzutnik wraz z palcami przerzutowymi usytuowanymi w osi balansu, współpracował z widełkami kotwicy. Konstrukcja była też wyposażona bezpiecznik przykręcony do widełek współdziałający z kołnierzem. Schemat działania dawał możliwość
odłączenia balansu od wychwytu, a więc ten mógł się wahać swobodnie. Innymi słowy na pewnym etapie kotwica oraz koło wychwytowe pozostawały nieruchome natomiast koło balansowe poruszało się. To cecha tzw. wychwytów wolnych. Stąd właśnie Mudge uznawany jest za wynalazcę wychwytu wolnego kotwicowego. Pisząc o „pewnym etapie” mamy na myśli tzw. ruch uzupełniający. O co chodzi? Aby to wyjaśnić trzeba by przeanalizować w jaki sposób wychwyt współpracuje z regulatorem (wahadło lub koło balansowe). Zacznijmy od podstaw na przykładzie konstrukcji Grahama.

Wychwyt: koło wychwytowe (1), kotwica (2), paleta wejściowa (3), paleta wyjściowa (4)

Historycznie kotwica mogła występować jako jednoramienna lub dwuramienna, ale pierwszą z wymienionych nie będziemy się zajmować. Analizujemy sytuację, w której regulator zbliża się do punktu równowagi. Wówczas kotwica uwalnia ząb koła wychwytowego, który wcześniej był oparty o paletę. Mamy do czynienia z uwolnieniem. W wyniku ślizgu zęba po powierzchni palety, ząb przekazuje impuls do regulatora, a po ześlizgnięciu uwalnia się, a więc następuje tzw. odpad. Następnie druga paleta wpada pomiędzy zęby koła wychwytowego, jeden z nich na nią spada czyli mamy do czynienia z tzw. spadem. Po zablokowaniu się na rzeczonym zębie i w rezultacie zatrzymaniu koła wychwytowego następuje spoczynek. Jednocześnie regulator porusza się dalej, co powoduje dalsze przechylanie kotwicy, a więc trwającą współpracę palety z zębem koła wychwytowego. Proces ten nazywamy drogą straconą i ruchem uzupełniającym. Gdy regulator zaczyna ruch powrotny wówczas następuje ponownie uwolnienie. I właśnie na płaszczyźnie tego, co dzieje się podczas wspomnianego ruchu uzupełniającego klasyfikujemy podział wychwytów na cofające, spoczynkowe oraz swobodne.

Opracowanie Mudge na przestrzeni lat doczekało się wielu ulepszeń. Zdefiniowano między innymi tzw. kąt przyciągania kotwicy. Chodzi tu o to, iż po otrzymaniu przez koło balansowe impulsu, balans porusza się natomiast kotwica blokuje na jednym ze słupków ograniczających jej ruch. Kotwica zachowuje się jakby była przyciągana do słupka, a dzieje się tak, bo ząb koła wychwytowego napiera na powierzchnię spoczynku palety. Powierzchnia palety jest wówczas nachylona pod określonym kątem, który nazywamy kątem przyciągania. Ostateczny kształt konstrukcji wychwytu kotwicowego nadał francuski zegarmistrz, jeden z kluczowych pracowników Vacheron Constantin – Georges Auguste Leschot, a miało to miejsce w roku 1825. Jego opracowanie w największym stopniu odpowiada czasom współczesnym. Swoje zasługi ma również Lange, który opracował tzw. wychwyt niemiecki. Różnił się on kształtem kotwicy, zamiast słupków ograniczających jej ruch użyto kołka umieszczonego w wejściowym ramieniu kotwicy, który blokuje się na specjalnie wykonanym nawierceniu. Natomiast palec przerzutowy usytuowano w ramieniu balansu. My zajmiemy się jednak szwajcarskim wychwytem kotwicowym.

Wychwyt szwajcarski

Przeanalizujmy zatem jak wygląda współpraca wychwytu szwajcarskiego z regulatorem balansowym. Pierwsza dawka energii do wychwytu dociera z przekładni chodu, a konkretnie z koła sekundowego zazębiającego się z zębnikiem wychwytowym, który napędza koło wychwytowe (1). Ruch ten sprawia, iż ząb koła wychwytowego ześlizguje się po powierzchni impulsowej palety (2) podczas gdy, na powierzchni spoczynku drugiej palety (3) zatrzymuje się inny ząb koła wychwytowego. W czasie tego procesu następuje ruch kotwicy do momentu aż jej drążek (4) nie zostanie zablokowany na słupku (5) ograniczającym jej ruch (zgodnie z certyfikatem Pieczęci Genewskiej zamiast słupków stosowana jest specjalnie ukształtowana płytka, której wypusty znajdują się minimalnie poniżej widełek). Jednocześnie widełki (6) uderzają w palec przerzutowy (7) przekazując w ten sposób impuls do koła balansowego. Koło balansowe porusza się tak długo jak pozwala na to siła impulsu oraz maksymalne naprężenie włosa. Ponieważ palec przerzutowy jest już poza granicami oddziaływania widełek kotwicy więc balans porusza się swobodnie. W końcu następuje ruch powrotny balansu w rezultacie którego palec przerzutowy wchodzi w interakcję z widełkami wprawiając kotwicę w ruch. Następuje zwolnienie koła wychwytowego. Wówczas ząb znajdujący się na spoczynku ześlizguje się po powierzchni impulsu podając dawkę energii do koła balansowego, a cały proces kończy się odpadem po czym następuje ponowienie czynności. Nie trudno więc dostrzec procesy, które w podobny sposób zachodzą w wychwycie Grahama. Zasadnicza różnica polega na tym, iż wielkość kąta amplitudy jest znacznie większa przez co czas swobodnego poruszania się balansu w trakcie spoczynku koła wychwytowego trwa dłużej. Na koniec wspomnimy o jeszcze jednym komponencie kotwicy, a mianowicie o bezpieczniku. Bezpiecznik mocowany jest na wysokości widełek, a jego zdanie polega na usprawnieniu współpracy widełek z palcem przerzutowym. Gdyby bezpiecznika nie było wówczas palec przerzutowy mógłby nie trafić w wycięcia widełek i spowodować zablokowanie wychwytu zwane wykotwiczeniem.

Oczywiście wychwyty to rozległy temat. Nawiązując do historii trudno nie wspomnieć o wychwycie cylindrowym, ale jeszcze większe znaczenie z punktu współczesności miały wychwyty chronometrowe. Zwłaszcza, że dziś najlepsze manufaktury zegarmistrzowskie takie jak np. Audemars Piguet, czerpią z rzeczonego dorobku. Bez wdawania się w szczegóły dodamy tylko, iż cechą wyróżniającą wychwyty chronometrowe jest brak ułożyskowanej części pośredniczącej w przekazywaniu impulsu z koła wychwytowego do regulatora. Innymi słowy, impuls z koła wychwytowego przenoszony jest bezpośrednio na oś balansu. Gwarantuje to mniejsze straty energii, a przy zmyślnie zmienionej geometrii zębów koła wychwytowego zapewniającej zmniejszenie odległości ślizgowej po powierzchni palety, wyklucza także konieczność smarowania. Dość powiedzieć, że np. firma Audemars Piguet w swoim wychwycie ocenia oszczędność energii na poziomie kilkudziesięciu procent w stosunku do tradycyjnego wychwytu kotwicowego, a odległość ślizgu zęba po powierzchni palety zmniejszono z 0,4 mm do zaledwie 0,05mm! Temat jest więc rozwojowy o czym między innymi świadczą dokonania Mosera, Patek Philippe, Ulysse Nardin, George Danielsa itd.

Regulator

W powyższym tekście pojawiło się kilka określeń, których nie mieliśmy jeszcze okazji wyjaśnić… kąt amplitudy, amplituda… o co chodzi? Tak oto doszliśmy do serca mechanizmu czyli regulatora. Jest to najbardziej krytyczny element mechanizmu zegarka w kontekście wypełniania jego podstawowej funkcji, a mianowicie pomiaru czasu. Regulatorem chodu w zależności od tego z jakim czasomierzem mamy do czynienia może być wahadło lub balans. W niniejszym tekście uwagę skoncentrujemy na kole balansowym. Dokładność pomiaru czasu w zegarkach mechanicznych to temat rzeka. Ilość czynników degradujących precyzyjne zmierzenie upływających sekund, jest tak duża, że ogrom uznania należy się dla konstrukcji wszystkich tych zegarków, które w dłuższym okresie czasu potrafią utrzymać założenia jakościowe chronometrów. Z idealną sytuacją mielibyśmy do czynienia wówczas, gdyby wahnięcia regulatora były izochroniczne. Izochroniczne czyli odbywające się w idealnie równych odcinkach czasu niezależnie od warunków otoczenia i przy równomiernym zużyciu energii. To jest utopia chociażby ze względu na fakt zmienności momentu napędowego o którym pisaliśmy w poprzedniej części tego działu. Czynników degradujących jakość pomiaru jest znacznie więcej, a dotyczą też temperatury, ciśnienia, a nawet sposobu użytkowania zegarka. Kreują one zmienność amplitudy zaburzając tym samym izochronizm. Czas, aby wyjaśnić pojęcia w obrębie których się poruszamy.

Jak działa regulator balansowy i z czego się składa?

Zasadnicze części regulatora balansowego to koło balansowe, oś balansu i włos. Praca koła balansowego jest możliwa za przyczyną siły sprężystości włosa, który musi być jakoś z balansem połączony. Wewnętrzny koniec włosa jest osadzony w pierścieniu na osi koła balansowego natomiast zewnętrzny w klocku. Pod balansem znajduje się również przerzutnik oraz palec przerzutowy, które omówiliśmy przy okazji opisu wychwytu. Z regulatorem balansowym współpracuje także jakiś rodzaj mikroregulacji z mechaniczną ingerencją we włos lub jej brakiem. Balans rzecz jasna jest osadzony na osi. Dodatkowo cienkie czopy osi balansu są zabezpieczone urządzeniem przeciwwstrząsowym na okoliczność silnych wstrząsów lub uderzeń. Historia sięga tu czasów Abrahama-Louisa Bregueta i pierwszego ułożyskowania sprężystego zwanego „Parachute”. Obecnie rynek został zmonopolizowany przez Incabloc.

Praca regulatora

W chwili otrzymania impulsu do regulatora następuje ruch koła balansowego. Dla zrozumienia zasady działania za punkt startowy (w domyśle równowagi stałej) przyjmujemy A. Balans porusza się tak długo jak naprężenie włosa na to pozwala, przyjmujemy punkt B. Od tego momentu następuje ruch powrotny. Energia zgromadzona we włosie odprowadza balans z powrotem jednak w trakcie tego ruchu balans nabiera energii kinetycznej, co pozwala poruszać mu się dalej (poza punkt A), do punktu C. Ruch ten trwa tak długo jak energia nie zmieni się w napięcie włosa, które w końcu zafunduje ponowny ruch powrotny. Jeżeli regulator nie będzie otrzymywał impulsów z wychwytu wówczas kolejne wahnięcia koła balansowego będą coraz słabsze. Jest to spowodowane stratami energii wynikającymi z tarcia w łożyskach oraz w materiale włosa, ujemny wpływ mają także opory powietrza itd. Czas na rozwikłanie pojęć, które dla wielu czytelników do tej pory wydawały się nieco enigmatyczne. Wahnięcie to ruch koła balansowego pomiędzy punktami zwrotnymi czyli takimi, w których naprężenie włosa nie pozwala na ruch balansu w jedną stronę (B-C). Odcinek pomiędzy punktami A-B lub A-C nazywamy amplitudą. Natomiast kąt wahania balansu równy jest dwukrotności amplitudy. Na tej podstawie rozróżniamy tzw. małe i duże wahnięcia. Wartością graniczną jest tu 440 stopni. Poniżej rzeczonej wartości mamy do czynienia z małymi wahnięciami, a powyżej z dużymi wahnięciami. Czas upływający pomiędzy ruchem koła balansowego od punktu B do puntu C i z powrotem do punktu B (czyli dwa wahnięcia) nazywamy okresem wahania. Okres ten zależy od momentu bezwładności, który wyraża się jako iloczyn masy i promienia bezwładności podniesionego do potęgi drugiej. Innymi słowy, moment bezwładności jest tym większy im masa jest bardziej oddalona od osi obrotu. Stąd właśnie producenci w zegarkach mechanicznych aspirujących do miana chronometrów stosują czasem wielkie jak stodoła koła balansowe. Ponadto najwięcej masy (w myśl wzoru) gromadzi się na obwodzie koła balansowego ponieważ tam jest najefektywniej wykorzystywana. Analizując dalej powyższe zależności warto dodać, iż koło balansowe waha się wolniej, gdy jest cięższe, a włos odpowiednio dłuższy odznaczający mniejszą sprężystością. I odwrotnie, gdy koło balansowe jest lżejsze, włos krótszy, a przy tym grubszy (czytaj: bardziej sprężysty) wówczas balans pracuje szybciej. Ilość wahnięć koła balansowego może być różna i wynosić na przykład 18000 wahnięć na godzinę, 19800 wahnięć na godzinę, 21600, 28800 lub nawet 36000 wahnięć na godzinę. Teoria mówi, iż przy większej liczbie wahnięć, regulator jest mniej podatny na zakłócenia, a więc zegarek odmierza czas dokładniej. Praktyka pokazuje jednak, że producenci radzą sobie z balansami pracującymi z szybkością 21600 wahnięć na godzinę osiągając wyniki charakterystyczne dla chronometrów. Przykładem takiego zegarka jest chociażby F.P.Journe Souveraine Chronometre Bleu. Wiele problemów można rozwiązać stosując balans o większej średnicy z bardzo precyzyjną mikroregulacją. Jakimś wyjściem z sytuacji byłoby też zwiększenie masy koła balansowego, ale z uwagi na wzrost tarcia w łożyskach jaki wiązałby się z takim krokiem, nie stosuje się tego typu rozwiązań. O tym jak firmy radzą sobie z zakłóceniami negatywnie wpływającymi na precyzję chodu zegarka oraz szerszy opis mikroregulacji wkrótce w części czwartej.

Od dobrych ponad dwudziestu lat zegarki mechaniczne przeżywają swój renesans. Jest to okres, który dla producentów czasomierzy funkcjonujących na rynku dóbr luksusowych, wygląda niczym urzeczywistnienie najlepszych snów. Jak wynika z badań przeprowadzanych przez firmy audytorsko-doradcze, klienci przeznaczają coraz większy procent swoich dochodów na zakup produktów klasy premium. Jednocześnie w nabywanym towarze poszukują cech będących odpowiedzią na ich wyobrażenie dobra luksusowego, czyli wysokiej jakości wykonania, prestiżu marki czy historii zasobnej w osiągnięcia. Zestaw wymienionych cech charakteryzuje wiele firm zegarkowych więc niezbędna jest dalsza selekcja. Oznacza ona konieczność pogłębiania wiedzy, a odpowiedzią na takowe zapotrzebowanie są portale oraz liczne fora zegarkowe, które prezentują treści pozwalające konsumentom odnaleźć się na bogatym w produkty luksusowe rynku czasomierzy mechanicznych.

A jeszcze w nie tak zamierzchłych czasach, bo po roku 1970, zegarki kwarcowe właściwie zawładnęły rynkiem. Technologia na bazie której zostały wykonane, gwarantowała bowiem znacznie precyzyjniejszą jakość pomiaru czasu w odniesieniu do „mechaników” (co nawiasem mówiąc nie uległo drastycznym zmianom), była też tańsza w produkcji, bardziej stabilna i niezawodna w działaniu. Zegarki mechaniczne przestały się sprzedawać więc wiele firm upadło. Inne, by jakoś przetrwać, ograniczały czas pracy koncentrując się na niszowych projektach pozwalających przeczekać najgorsze. W świecie nastawionym na innowacje, automatyzację procesów produkcyjnych i ograniczanie pracy ludzkich rąk na rzecz robotów, rynek zaczął ponownie dostrzegać i poszukiwać dawnych wartości wytwórczych jednocześnie je nobilitując. Ponownie do łask powróciły gramofony oraz płyty winylowe, wróciły też zegarki mechaniczne. Skala zainteresowania była na tyle duża, iż producenci wzmożenie zaczęli poszukiwać własnych dróg zaistnienia. Jedni się zrzeszali w silne grupy i na zasadzie wymiany kompetencji oraz zasobów ludzkich usiłowali funkcjonować. Drudzy posiadający wiedzę, odpowiedni park maszynowy oraz kapitał, próbowali działać we własnym zakresie podpierając się w ograniczonym zakresie pracą podwykonawców.

Niezależnie od obranej drogi, niezbędny był dostęp do mechanizmów i tu rynek się podzielił. Topowi wytwórcy bazowali na własnych mechanizmach, a gdy tych brakowało, przeważnie korzystali z dorobku takich firm jak Jaeger-LeCoultre, Girard-Perregaux, Frederic Piguet, Nouvelle Lemania. Tych niżej notowanych często ratowały kalibry ETA, a mianowicie 2824, 2892, Valjoux 7750, Unitas 6497. W tym przypadku oprócz przyzwoitej jakości wykonania oraz dużej możliwości modyfikacji, wyznacznikiem ich zastosowania była cena. Skorzystały na tym między innymi Omega, IWC, Ulysse Nardin, Panerai. Pojawiła się też grupa inwestorów przywracających do życia dawno nieistniejące marki, bo rynek był chłonny. Posiadanie dobrego zegarka mechanicznego nie było już passe, stało się modne. W efekcie „kwarce” traciły na znaczeniu. Fakt ten postanowiła wykorzystać np. firma Blancpain, która swego czasu promowała się hasłem – “Od 1735 roku w Blancpain nie ma zegarków kwarcowych. I nigdy takich nie będzie”. Zapomnieli co prawda dodać, że po długim okresie wegetacji od 1970 roku praktycznie przestali istnieć do czasu jak na początku lat 80-tych ubiegłego wieku markę reaktywowano i przy ogromnym wsparciu firmy Frederic Piguet (wytwórca mechanizmów) zaczęto przywracać jej dawny blask.

Wraz z upływem lat klienci robili się coraz bardziej wybredni szczególnie w odniesieniu do wytwórców charakteryzujących się wizerunkiem wysokiego poziomu prestiżu. Nie wystarczyło już wykonanie porządnego zegarka mechanicznego, nawet z wielkimi komplikacjami. Rynek oczekiwał własnych mechanizmów. Kapitał, który producenci zyskali w wyniku rosnącej sprzedaży czasomierzy, dawał możliwość odpowiedzi na takowe zapotrzebowanie. Fakt, że ono się w ogóle pojawiło świadczy o tym, iż osoby płacące górę pieniędzy za zegarek, zainteresowało coś więcej aniżeli ładny wygląd, prestiż definiowany na różne sposoby w zależności od szerokości geograficznej czy też garść informacji produkowanych przez działy marketingu. Interesujące stały się rozwiązania techniczne zastosowane w konstrukcji mechanizmów, bo w końcu dobrze jest wiedzieć dlaczego za jeden model zegarka musimy zapłacić więcej niż za inne. Niektórzy zastanawiali się jak właściwie działa mechanizm zegarka mechanicznego. I na to pytanie postaramy się w tym dziale odpowiedzieć. Będzie to zestaw informacji adresowany do początkujących miłośników zegarków choć może ci bardziej zaawansowani także odnajdą tu coś ciekawego dla siebie. Tak sformułowany zamysł opracowań sprawia, iż nie znajdziecie tu wzorów matematycznych czy też nadmiernie skomplikowanego słownictwa choć od zegarmistrzowskich terminów odejść nie sposób!