Что обеспечивает точность хода часов?

Хорошо знакомый анкерный спуск, изобретенный великим британским мастером Томасом Мьюджем еще в 1754 году, работает в 99 процентах наручных механических часов благодаря тому, что он не очень сложен в изготовлении, без особых проблем поддается миниатюризации, относительно легко настраивается и необычайно надежен.

Значит ли, что он лучший? Пока да. Но ведь многие великие мастера прошлого разрабатывали принципиально иные спуски вовсе не из любопытства и не из-за того, что им делать было нечего. Часы кормили их, и они просто не могли позволить себе заниматься посторонней ерундой.

А это значит, что их не устраивал анкерный спуск по многим параметрам, и прежде всего – его точность. И следует сказать, что многие работы лучших британских и французских мастеров прошлого (а именно в этих странах часовое искусство было развито больше всего) просто поражают своим теоретическим и практическим потенциалом. Однако отсутствие высокоточных станков, необходимых сплавов, материалов и масел помешало великим изобретателям воплотить в жизнь свои гениальные замыслы. Теперь, с распространением фотомануфактурных реакторов, 5D-станков, изобретением нанотехнологических чудо-сплавов и материалов, нам осталось только подождать, когда ведущие мануфактуры примутся за реализацию лучших задумок из прошлого.

Первые шаги на этом пути сделали дома Audemars Piguet, представившие современную разновидность спуска Робина, Ulysse Nardin, доработавший дуплексный ход двойного действия, и Omega, перевооружившая свои калибры соосным спуском Дэниэлса.

Girard-Perregaux и TAG Heuer изобрели свои разновидности принципиально нового стержневого спуска. А два года тому назад сразу две компании, Bvlgari и Christophe Claret, презентовали наручные часы L’Ammiraglio del Tempo и Maestoso с хронометровым рычажным ходом (detent lever escapement).

 

Этот спуск разработан в XVIII веке для использования в стационарных морских хронометрах. У обычного анкерного хода спусковое колесо делает шаг вперед после двух импульсов — “тик-так”, в хронометровом рычажном спуске силовой импульс с ходового колеса передается системе “баланс-спираль” один раз за полный период колебания.

В хронометровом ходе нет анкерной вилки, и импульс передается непосредственно двумя импульсными камнями, расположенными на верхнем и нижнем роликах баланса. Освобождает колесо и передает интервал времени импульсный камень нижнего ролика баланса. Функцию покоя колеса выполняет специальная пружина с запрессованным в ней камнем. Пружину крепят в специальной колодке, и она представляет собой отдельный узел хода.

Вся эта конструкция городится ради того, чтобы импульс поступал на балансовое колесо без всяких посредников в виде анкера, повышалась точность передачи импульса, снижались энергетические потери (ведь анкерная вилка, которая в процессе работы борется с очень высокой силой трения, выключается из процесса времяисчисления). Звучит не впечатляюще? Не скажите! В век некачественных металлов и масел на основе жиров растительного и животного происхождения выгоды хронометрового рычажного хода были более чем очевидны. А при современных синтетических маслах он просто рулит!

Непременными атрибутами хронометрового хода (как рычажного, так и пружинного) являются цилиндрическая балансовая спираль Арнольда и модуль постоянства силы, который обеспечивает оптимальное распределение энергии заводного барабана независимо от уровня его завода. Если учесть еще и эти факторы, можно представить, насколько прогрессивным для своего времени был этот ход. По сложности и точности хронометровый ход на порядок круче турбийона. Но у него были и недостатки.

Морские хронометры устанавливались тогда в карданном подвесе, чтобы часы все время находились в горизонтальном положении, так как хронометровый спуск боится боковых ударов. Боковой толчок может вызвать остановку из-за блокировки и поломки спускового колеса. Другая проблема – излишний ход баланса, когда он при колебании превышает амплитуду в 360°, в этом случае спусковое колесо совершает дополнительный скачок, и ход часов таким образом ускоряется каждый раз на долю секунды. Мастерам Bvlgari и Кристофу Кларе пришлось решать все эти проблемы, чтобы адаптировать хронометровый рычажный ход к наручным часам.

Чтобы помешать рычагу хронометрового хода повернуться на слишком большой угол, Кларе установил на оси баланса предохранительный кулачок, работающий в паре с предохранительным штифтом. А также установил оси колес хода не в камни, а на шарикоподшипники. Система поглощает энергию удара посредством эластичной пружины. Верхний сапфировый мост позволяет воочию насладиться красотой сложного устройства. Похожим образом эти проблемы решены и в модели Bvlgari L’Ammiraglio del Tempo. Впрочем, как признался нам глава TAG Heuer Жан-Кристоф Бабен, его дом позаимствовал разработку у Кристофа Кларе.

 

Независимый дом Ulysse Nardin представил в 2005 году часы с дуплексным ходом прямого действия. Роль отсутствующего анкера в нем выполняли два вращающихся в противоположном направлении импульсных колеса, приводимых в движение непосредственно импульсным камнем. Главное достоинство спуска, названного Dual Ulysse Escapement, — более стабильное распределение энергии, высокая точность и отсутствие смазки.

Но два года тому назад неутомимые мастера дома предложили революционную инновацию анкерного спуска – Ulysse Anchor Escapement. Здесь анкер есть, но сильно видоизмененный и изготовленный из материала на основе кремния. Он имеет подковообразную раму, которая крепится к нему с помощью тонких упругих пружинящих кремниевых пластин. Они-то и помогают анкеру колебаться без каких-либо крепежных осей. Поэтому создатели назвали его “парящим”.

А еще у нового парящего анкера нет рубиновых палет: четко фиксируемые колебания позволили обойтись без них. Из-за этого пришлось увеличить число зубьев на спусковом колесе до 20 (вместо традиционных 15). Импульс, который передается при каждом полуколебании, сообщает энергию анкерной вилке, весь процесс напоминает принцип функционирования волосковой пружины. Более того, поскольку в анкерной вилке нет рубинов, то при колебаниях практически не происходит потери энергии, что повышает запас хода и не требует смазки. Кроме того, эта конструкция позволит создать надежный ультратонкий механизм. А вообще, как признаются инженеры Ulysse Nardin, они сами еще не изучили потенциал нового спуска и механизма.

 

Конструкторы дома Girard-Perregaux потратили восемь лет на то, чтобы заменить анкерный спуск собственным ходом под названием Constant Escapement. В нем темп колебаний балансового колеса контролирует не анкер, а тончайшее (14 микрон) кремниевое лезвие, хотя создатели предпочитают называть его стержнем.

Чтобы понять, как он работает, достаточно взять визитную карточку и, держась за короткие края, зафиксировать ее в вертикальном положении между большим и указательным пальцами. Если немного свести пальцы, карточка изогнется, как скобка. Нажмите на визитку сбоку. Поначалу вы будете чувствовать сопротивление, но через некоторое время, с увеличением силы нажатия, визитка выгнется в другую сторону, приняв форму закрывающей скобки. Именно так и колеблется кремниевый стержень Girard-Perregaux Constant Escapement. При смене положения стержень толкает балансовое колесо, каждый раз высвобождая одно и то же количество энергии.

Так попутно решается проблема постоянства силы, и эти часы идут абсолютно одинаково, независимо от того, взведен заводной барабан до предела или его пружина вот-вот распустится. Кремний – монокристаллический материал, а потому не боится износа и готов изгибаться с одинаковой энергией и ритмом вечно.

А вот инженеры TAG Heuer отказались от анкерного спуска, с тем чтобы повысить частоту колебания до умонепостижимых 7 200 000 пк/ч, а оснащенный новым спуском механический хронограф мог измерять промежутки времени с точностью до 1/2000 секунды. В принципе, анкерный спуск может работать с такой частотой, но очень недолго, так как скоро наступит энергетическая асфиксия, в результате которой спусковое колесо и вся колесная передача полностью собьются с такта.

Чтобы понять принцип работы стержневого спуска TAG Heuer, положите на край стола металлическую линейку, чтобы один из ее концов повис в воздухе. А потом резко ударьте по свесившемуся кончику. Он начнет вибрировать с бешеной скоростью. Нужная форма и длина стержня были рассчитаны с помощью уравнения д’Аламбера (D’Alembert).

Защищенный десятью патентами стержневой осциллятор состоит из трех связанных между собой стержней: вибрирующего стержня, сцепного стержня и осциллятора. Заводной барабан модуля хронографа подает энергию на спусковую шестерню, на другом конце оси которой расположено спусковое колесо. От обычного оно отличается тем, что имеет 40 зубьев (вместо привычных 15) с минимальным углом, чтобы контакт зубьев с анкерными палетами занимал как можно меньше времени. С линейным осциллятором, работающим с частотой 7 200 000 пк/ч, анкер связан двумя стержнями – вибрирующим и сцепным. Они конвертируют кинетическую энергию спускового колеса в потенциальную энергию и сами вибрируют, как стержневой осциллятор. Никакого балансового колеса механизм хронографа не имеет, нет здесь и привычной нам системы “старт-стоп” в виде колонного колеса или кулачковой системы. Активация функции хронографа и останов отсчета осуществляются втулкой, которая касается вибрирующего стержня.

 

Мастера независимого дома Audemars Piguet хоть и назвали необычный спуск именем собственного дома, однако все же признали, что, по сути, воссоздали на современном оборудовании замечательную разработку французского мастера Робера Робина (1742-1809).

Придворный часовщик Людовика XVI Робин сначала мастерил часы с недостаточно точным винтовым спуском, затем освоил цилиндрический спуск, который быстро изнашивался. Удавались ему часы и с хронометровым рычажным и пружинным ходом, но этот спуск в те времена было практически невозможно применить в карманных часах. Анкерный спуск Томаса Мьюджа, легко поддающийся миниатюризации, в принципе, нравился Робину, но не устраивала его точность. И тогда он решил создать некий гибрид из лучших идей нескольких разновидностей спуска. Теоретически и на бумаге его спуск получился гениальным. Но вот воплотить его на существующих в то время станках он так и не смог.

К счастью, в 1999 году эти чертежи попали в руки инженеров Audemars Piguet, которые не испытали особых проблем с реализацией идей Робера Робина на современном оборудовании. Спуск Робина – Audemars Piguet имеет анкерную вилку, анкерное колесо и баланс. Палеты анкерной вилки запирают зубья анкерного колеса, а баланс через импульсный камень перемещает вилку, которая на какой-то момент освобождает анкерное колесо и дает ему повернуться на заданный угол. Таким образом достигается прямой импульс без какого-либо посредничества анкерной вилки. Зуб анкерного колеса напрямую воздействует на баланс, касаясь дополнительной палеты, расположенной на его ролике. Это происходит не при каждом полуколебании, а только при движении в одну сторону. Поэтому секундная стрелка здесь скачет, как в кварцевых часах: 1 прыжок = 1 секунда. В этом и кроется основное преимущество новой конструкции: в традиционном спуске в процессе полного колебания баланса он взаимодействует с анкерной вилкой в общей сложности 4 раза, в спуске Audemars Piguet число этих контактов снижено до 3. А исключение вилки из системы передачи импульса снижает потерю энергии, силу трения и повышает точность хода. Да и смазка здесь не нужна.

Правда, при такой конструкции необычайно вырастает роль балансовой спирали, от которой требуется практически идеальный изохронизм. Также категорически противопоказаны даже легкие сотрясения. Но эта проблема решена гениально просто: вместо одной спирали здесь устанавливаются две – одна напротив другой. Сокращаются они в противоположных направлениях и отлично дополняют и одновременно контролируют работу друг друга. И еще одна немаловажная вещь. Оптимальная частота такого спуска должна быть высока — 43 200 пк/ч, что обеспечивает дополнительную точность, а высокий КПД механизма позволяет достичь недельного запаса хода даже при установке в заводном барабане обычной спирали Nivarox.

 

Мы уверены в ненужности и хрупкости модуля турбийона в наручных часах. Как бы ни легка была каретка из нынешних сплавов на основе алюминия, все равно на палеты и оси ложится дополнительная очень тяжелая нагрузка, которая гораздо быстрее истачивает оси и опорные камни. Наступает момент, когда кончики оси каретки турбийона высверливают в опорных камнях отверстие, и каретка начинает вращаться с люфтом, вызывая отклонения в полуколебаниях оси заключенного в ней балансового колеса.

Эту проблему довольно оригинально решил еще в 1931 году швейцарский мастер Райнхард Штрауман. Он прикрепил к оси балансового колеса две спирали, установленные, как и в спуске Робина, одна над другой. Эти параллельные спирали сокращаются в противофазе, обеспечивают не только практически идеальный изохронизм, но и удерживают ось баланса в строго фиксированной позиции.

Эту конструкцию применяют такие компании, как Laurent Ferrier (модель Tourbillon Double Spiral), Rudis Sylva и швейцарские потомки основателя одного из первых российских часовых ателье H. Moser.