Механизм Ingenieur Constant-Force - Сила в постоянстве

По мере того, как в механических часах раскручивается заводная пружина, амплитуда колебаний баланса уменьшается. Это отрицательно влияет на точность хода часов. Устройство постоянной силы, которое используется в часах IWC, делает так, чтобы обеспечиваемое спуском количество энергии было всегда одинаковым, и этим обеспечивает беспрецедентную точность хода.

Как утверждает один афоризм, нет ничего более постоянного, чем временное. Однако к высокому часовому искусству он мало применим, потому что в часовом деле все усилия действительно направляются на создание постоянства – на то, чтобы колебания баланса неизменно были точно одинаковыми. На протяжении веков умы изобретателей и часовщиков занимала одна специфическая проблема. «Когда часы полностью заведены, заводная пружина создает

максимальный крутящий момент. В результате баланс колеблется с наибольшей амплитудой. Но по мере того как пружина раскручивается, ослабевают и колебания баланса», – рассказывает Томас Гойман, глава отдела мануфактурных часовых механизмов IWC в Шаффхаузене. Этот феномен оказывает отрицательное влияние на точность хода механических часов.

Чтобы колебания баланса оставались все время одинаковыми, крутящий момент, подводимый к балансу через колесную систему и спуск, должен сохранять постоянство. Но поскольку энергия поступает на баланс непрерывным потоком, ослабление натяжения заводной пружины неизбежно влияет на амплитуду. Томас Гойман объясняет: «Существуют разные решения, ставящие своей целью преобразовать ослабевающую энергию пружины в постоянную силу при помощи дополнительного устройства».

УСТРОЙСТВО ПОСТОЯННОЙ СИЛЫ ПОЗВОЛЯЕТ ДОБИТЬСЯ БЕСПРЕЦЕДЕНТНОЙ ТОЧНОСТИ.

В ПОИСКАХ ПОСТОЯННОЙ СИЛЫ

Один из способов заключается в том, чтобы поместить между заводной пружиной и колесной передачей бесступенчатый передаточный механизм с фузеей и цепью. Эскиз такой конструкции, внешне напоминающей цепной привод велосипеда, нарисовал еще Леонардо да Винчи в XV веке. В ней вращающийся заводной барабан наматывает на себя цепь, которой обвита конусообразная фузея. Когда заводной барабан полностью заведен, цепь тянет за узкий конец конуса. Так как плечо рычага прикладываемой силы в этот момент самое маленькое, то и передаваемый колесной системе крутящий момент ниже. Чем меньше натяжение пружины, тем больше становится плечо рычага (цепь перемещается все дальше к основанию конуса) и тем выше передаваемый крутящий момент. Благодаря такому устройству подводимый к балансу крутящий момент всегда остается неизменным.

Привод с фузеей и цепью был особенно эффективен в настольных и настенных часах. Он использовался, например, в морских хронометрах, от которых требовалась предельная точность. Схожий механизм применялся и в карманных часах. Но поскольку бесступенчатый передаточный механизм занимает много места, возможности его применения в наручных часах ограничены.

ИНТЕГРАЦИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО СПУСКА

Долгие годы описываемая проблема занимала также умы инженеров IWC, пока они не нашли эффективное и технически изящное решение. «Наше запатентованное устройство постоянной силы включает в себя дополнительный спуск, который находится между анкерным и четвертым колесом. Ежесекундно оно закручивает спираль баланса, которая временно запасает энергию, чтобы передавать ее анкерному колесу всегда в одном и том же количестве, достаточном для поддержания колебаний баланса», – объясняет Томас Гойман принцип устройства. Хитрость объясняется просто: угол, на который каждую секунду закручивается спираль баланса, всегда одинаковый; в результате и количество поступающей на спуск энергии тоже всегда остается постоянным. Поэтому по мере раскручивания заводной пружины баланс продолжает колебание с неизменной амплитудой.

Устройство постоянной силы обеспечивает очень высокую точность хода. Оно применяется в часах Portugieser Sidérale Scafusia и Ingenieur Constant Force Tourbillon, то есть, было интегрировано даже в турбийон. Для турбийона с устройством постоянной силы была намеренно выбрана частота 2,5 Гц, чтобы система могла закручивать пружину баланса ежесекундно.

—Калибр 94800

СПИРАЛЬ БАЛАНСА СЛУЖИТ ВРЕМЕННЫМ ХРАНИЛИЩЕМ ЭНЕРГИИ

Сердцем механизма является вариант швейцарского анкерного хода. На трибе анкерного колеса установлен треугольный кулачок. Он взаимодействует с рычагом постоянной силы, имеющим форму вилки. Двумя палетами раздвоенного конца рычаг захватывает так называемое остановочное колесо. Анкерное колесо, сделав пять шагов, отпускает остановочное колесо, которое поворачивается на 30 градусов и снова стопорится. Этот процесс повторяется через каждые пять полуколебаний баланса. При частоте 18 000 полуколебаний в час данная периодичность определяет также бег секундной стрелки, установленной на каретке турбийона. С каждым поворотом каретки поворачивается триб на оси анкерного колеса, который находится в зацеплении с неподвижным четвертым колесом. Оно закручивает спираль баланса (расположена под анкерным колесом), которая подает на баланс импульс постоянной силы.

«Для приведения в действие турбийона и устройства постоянной силы мы оснастили калибры 94800 и 94900 двойными заводными барабанами. Их энергии достаточно для того, чтобы механизм мог нормально работать в течение примерно 48 часов», – объясняет г-н Гойман. После двух суток работы крутящий момент становится недостаточным. Тогда турбийон автоматически возвращается в нормальный режим: спуск делает по пять шагов в секунду, то есть работает с такой же скоростью, с которой колеблется баланс.

ЗАДАЧА ДЛЯ ИНЖЕНЕРОВ-КОНСТРУКТОРОВ

Проектирование и изготовление устройства постоянной силы стало геркулесовой задачей для вовлеченных в проект инженеров. Филигранная конструкция включает в себя около 20 дополнительных деталей, которые необходимо было интегрировать в турбийон диаметром 15,8 мм. «Особенно трудным было точно рассчитать различные последовательные процессы, такие как отпускание и стопорение рычага постоянной силы. Необходимо было найти баланс между надежностью и функциональностью. Чтобы сложная последовательность движений механизма и рычага всегда выполнялась надежно, потребовалось заложить определенный запас прочности», – подчеркивает Томас Гойман.

—Благодаря постоянству силы передаваемой балансу, часы остаются предельно точными.

ПРЕДЕЛЬНАЯ ТОЧНОСТЬ ТРЕБУЕТ НОВЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Дополнительная трудность состояла в том, что устройство постоянной силы находится между анкерным и четвертым колесами, прямо перед балансом, и поэтому непосредственно влияет на колебания последнего. Это делает допустимые отклонения чрезвычайно малыми, в некоторых случаях – всего лишь в одну тысячную миллиметра. Рычаг постоянной силы и кулачок изготавливаются методом LIGA в сочетании с рентгеновским облучением. «В этом варианте технология LIGAзадействует рентгеновское излучение и позволяет создавать максимально однородные микроструктуры с такой степенью точности, на которую традиционные производственные технологии не способны даже отдаленно», – говорит г-н Гойман. Другой важный фактор – это выбор материалов: кулачок изготовлен из чистого золота, а вилка постоянной силы – из никель-фосфорного сплава. Поскольку золото обладает эффектом самосмазывания, такое сочетание материалов является оптимальным для пары с сухим трением.

СБОРКА ТУРБИЙОНА ПОСТОЯННОЙ СИЛЫ НАСТОЛЬКО ТРУДНА, ЧТО В КОМПАНИИ IWC ОНА ДОВЕРЯЕТСЯ ТОЛЬКО ТРЕМ ВЫСОКОКВАЛИФИЦИРОВАННЫМ И ОПЫТНЫМ СПЕЦИАЛИСТАМ.

СБОРКА РУКАМИ НЕСКОЛЬКИХ ТАЛАНТЛИВЫХ МАСТЕРОВ

Сборка турбийона постоянной силы является испытанием даже для самых опытных мастеров, поскольку требует огромного терпения. Чтобы собрать механизм, состоящий из 104 деталей и весящий всего 0,7 грамма, опытному мастеру требуются две полные недели. Квалификация должна быть настолько высока, что в компании IWC эта работа доверяется только трем специалистам. Для Гоймана турбийон постоянной силы – это не только уникальное преимущество, но и превосходный пример конструкторского и инновационного потенциала, которым обладает часовая компания из Шаффхаузена. «Тот факт, что мы смогли справиться с многовековой проблемой часовщиков и нашли для нее функциональное и технически элегантное решение, вызывает во мне особую гордость», – говорит он.