Вечные” часы. Часовой механизм Кокса — Вечный вопрос потомкам

Йоганн Йоахим Бехер (1635...1682), основатель когда-то весьма популярной теории флогистона, выбрал для своих вечных часов в качестве источника привода воду, стекающую во время дождя с крыши дома. Нет сомнения, что все же самым благодарным и самым надежным источником силы привода были изменения барометрического давления или температуры воздуха.

Швейцарские «вечные» часы «Атмос»

Существует много типов «вечных» часов, использующих изменения температуры и давления. Вероятно, наиболее распространенным типом таких часов являются швейцарские часы «Атмос» (рис. 44). Цилиндрический сосуд в задней части прибора заполнен этилхлоридом и герметически закрыт. В сосуде находятся металлические мехи, составленные из круглых мембран, причем мехи растягиваются пружиной. Если в комнате повышается температура, то этилхлорид расширяется и сжимает мехи. При понижении температуры мембранная пружина возвращает мехи в первоначальное положение. Движение мехов передается на вал заводного механизма барабана пружины обычных часов с торсионным маятником. Изменения температуры на 1°C достаточно, чтобы завести пружину на 28 ч хода.

Часы с таким торсионным маятником, известные среди коллекционеров исторических часов под названием «годовые часы», выпускаются и в более обычном варианте с обычным пружинным двигателем. В маленькую вилку, укрепленную на струне-торсионе вблизи места ее подвески, заходило длинное плечо анкера, специально приспособленное для этой цели. Плечо при повороте вилки дает это движение на анкер спускового механизма и этим освобождает спуск часов. Спуск вследствие этого передает в обратном направлении импульсы привода вилке и струне торсионного маятника. Годовые часы производились еще совсем недавно, перед самой второй мировой войной, но их принцип весьма старый. Он разработан был уже в XVIII в. такими часовщиками, как Томпион (около 1713 г.), Деландер (1721 г.), Камю (1722 г.), Кваре (1724 г.). В промышленных масштабах такие часы стали производить в 80-х годах прошлого века. В современном исполнении такие часы появились и на нынешних зарубежных рынках.

К специальным часам относят так называемые лепестковые (календарные) часы , но теперь, в период появления и развития цифровой индикации времени такие часы почти утратили свою необычность. Необычным у них был только лепестковый часовой и минутный циферблат с механизмом для переворачивания лепестков – листочков точно через минутные интервалы. Основой таких часов опять-таки был совершенно обычный балансовый пружинный механизм, расположенный в нижней части футляра с циферблатами. В Европе такие часы распространились на рубеже XIX и XX вв.; они появились из США, где в 1902 г. их запатентовал Э.Л. Фитч. Еще перед первой мировой войной такие часы стали производить и некоторые немецкие фирмы.

Джеймс Кокс — человек, построивший действовавший вечный двигатель. А механизм, созданный им в середине 18 века, сохранился и до наших дней. Устройство под названием «Вечный Двигатель» представляло собой тщательно изготовленные и превосходно сконструированные часы, приводимые в действие за счёт перепадов атмосферного давления. Основное отличие перпетуум мобиле Кокса от всего множества иных, созданных ранее и в последующие годы, механизмов вечного движения, заключалось в следующем. Часовых дел мастер не ставил главной целью выработать энергию, так как хорошо понимал неосуществимость такой задачи, он пытался использовать ту энергию, которую возможно было получить непосредственно в самой природе и, главное, без участия человека. Его «вечный» двигатель приводился в действие с помощью природных сил. Сам Кокс описывает своё детище как механические и философские часы, которые вопреки мнению скептиков доведены до наивысшего совершенства благодаря огромному труду, бесконечным испытаниям и огромным денежным затратам.

По своему внешнему виду часы ничем не отличались от других существовавших в то время часов. Но в самом механизме имелись существенные отличия. Создан он был таким образом, чтобы свести к минимуму трение, а в последствии, и износ деталей. Механизм рассчитывался на очень долгую работу: детали не нуждались в смазке, а подшипники изготовлены на драгоценных минералах. Имелся пыленепроницаемый стеклянный колпак, который увеличивал запас долговечности, ведь трение запыленных поверхностей вызывало износ, и ускоряло порчу часов.

Для начала необходимо ознакомиться с действием барометрических сил, так как действие «вечных» часов основано на подъеме и падении ртути в необычном барометре. Ртуть — самая тяжелая жидкость на Земле. Поэтому размер ртутного барометра намного меньше размера барометра с другой жидкость. Также существует зависимость между площадью поверхности ртути в резервуаре часов и выделением энергии, которая способна совершать полезную работу: чем больше площадь, тем больше выделяется энергии при подъеме и опускании ртути. Поэтому в барометре, который приводил в действие «Вечные» часы Кокса, находилось примерно 150 фунтов ртути. Хорошо выполненный барометр может работать «вечно» (если его не уронить или разбить), так как его части не изнашиваются. Теперь обратимся конкретно к самим часам.Самозавод в часах Джеймса Кокса осуществлялся при помощи присоединенного к нему барометра. Конструкция всего механизма часов была устроена так, вне независимости от того, опускается или поднимается ртуть в барометре, колесо, которое соединяло барометр с часовым механизмом, постоянно вращалось в одном и том же направлении. Поэтому грузы всегда поднимались вверх, сообщая движение часам. Самые серьёзные проблемы при конструировании своих часов возникли у мастера с изменением атмосферного давления. Хотя оно было незначительным и едва ощутимым, но слишком большим для нормального функционирования механизма подзавода; оно могло привести к ускоренному вращению колеса, а в дальнейшем к повреждению цепи с крепящимися на ней грузами. Механик справился с задачей и довольно успешно: он добавил к механизму такое устройство, которое могло выводить колесо из заклинивания, если грузы находились в верхней точке траектории своего движения, и снова «включать» его после того, как грузы опускались на определённое расстояние.

На рисунке изображёны общего вида «Вечный Двигатель» и «барометрический механизм подзавода» (слева). Важные элементы устройства — два рычага — качения Аа и Bb. К концу каждого из этих рычагов при помощи стержней присоединена рама F, установленная на шарнире. К самой раме прикреплена колба барометра H, трубка её опущена в стеклянный сосуд К с ртутью, который подвешен на стержнях к рычагам-качения. Непосредственно сам способ соединения узлов и элементов механизма — важная часть изобретения. Стержни, которые поддерживают колбу, закреплены в точках А и b; сосуд установлен в подвешенном состоянии в противоположных концах рычагов — В и а. Такое соединение рычагов с элементами барометра приводит к подъему колбы, которая заставляет сосуд опускаться, и, наоборот, если колба опускается, сосуд поднимается, так как один конец рычага двигается вверх, а другой — вниз. Сосуд открыт сверху и под действием атмосферного давления часть ртути попадает в колбу. Тогда увеличивается вес колбы, и она движется вниз, а если ртуть течёт из колбы в сосуд — колба легчает и поднимается вверх. Рама F с присоединенной к ней рамой М (часть механизма подзавода) вместе с колбой поднимаются и опускаются. В раме М расположен прямоугольный вырез с нарезанными зубьями на его внутренних сторонах. На одной стороне выреза зубья смотрят вверх, на другой - вниз.

Когда рама опускалась, зубья, направленные вниз, зацеплялись с зубьями колеса N, когда поднималась в зацепление входили зубья, направленные вверх. Колесо при этом постоянно поворачивалось по часовой стрелке. Сама рама М двигалась между четырьмя фрикционами, поддерживающими ее в вертикальном положении. В механизме есть стопор О, предотвращающий проворот колеса в противоположном направлении. За колесом N находится звездочка или блок, который поддерживал замкнутую цепь. Цепь проходила над блоками UU, потом под блоками S и s, над блоками W и затем над осью колеса R, приводящее при помощи гири T, часы в действие. Гиря t — пустой медный ящичек, располагалась на другой стороне цепи и служила противовесом, который натягивал часть цепи. Гиря Т — тот же ящичек, но со свинцом и одна её половина силы тяжести воздействовала на часть цепи 5 и 6, вторая- на 7 и 8.

Все элементы механизма движутся таким образом, чтобы часы смогли работать без подзавода на протяжении целого года (а гиря Т при этом опускалась из верхнего положения на дна корпуса часов). Однако изменение атмосферного давления, которое приводит в действие механизм подзавода с помощью зубчатой рамы, обеспечивает постоянное движение гири вверх.

И для решения этого вопроса Кокс сконструировал колесо так, чтобы оно поворачивалось на своей оси свободно; и вращение могло начинаться, только если предохранитель (защелка) падала на храповое колесо. Предохранитель поднимался с храповика и останавливал вращение колеса тогда, когда верх рамы блока 5 прикасался к стержню X. На всех этапах работы механизма «вечных» часов необходимо было сохранение устойчивого равновесия его элементов. Поэтому рама М уравновешивалась гирей на цепи, которая проходила через блок Y , расположенного в верхней части системы.

В 1961 году часы приобрёл музей Виктории и Альберта и сделал их государственной собственностью. Сейчас они находятся в галерее музея застывшие в безмолвии, без всякой надписи, которая могла бы сообщить потомкам, какой экспонат они видят перед собой.

В этой книге мы рассмотрели уже несколько мнимых “вечных двигателей” и выяснили безнадежность попыток их изобрести. Теперь побеседуем о “даровом” двигателе, т. е. о таком двигателе, который способен работать неопределенно долго без всяких забот с нашей стороны, так как черпает нужную ему энергию из неистощимых ее запасов в окружающей среде. Все конечно, видели барометр - ртутный или металлический. В первом барометре вершина ртутного столбика постоянно то поднимается, то опускается, в зависимости от перемен атмосферного давления; в металлическом - от той же причины постоянно колеблется стрелка. В XVIII веке один изобретатель использовал эти движения барометра для завода часового механизма и таким образом построил часы, которые сами собой заводились и шли безостановочно, не требуя никакого завода. Известный английский механик и астроном Фергюссон видел это интересное изобретение и отозвался о нем (в 1774 г.) так:

“Я осмотрел вышеописанные часы, которые приводятся в непрерывное движение подъемом и опусканием ртути в своеобразно устроенном барометре; нет основания думать, чтобы они когда-либо остановились, так как накопляющаяся в них двигательная сила была бы достаточна для поддержания часов в ходу на целый год даже после полного устранения барометра. Должен сказать со всей откровенностью, что, как показывает детальное знакомство с этими часами, они являются самым остроумным механизмом, какой мне когда-либо случалось видеть, - и по идее, и по выполнению”.

К сожалению, часы эти не сохранились до нашего времени - они были похищены, и местонахождение их неизвестно. Остались, впрочем, чертежи их конструкции, выполненные упомянутым астрономом, так что есть возможность их восстановить.

Рис. 72. Устройство дарового двигателя XVIII в.

В состав механизма этих часов входит ртутный барометр крупных размеров. В стеклянной урне, подвешенной в раме, и в опрокинутой над ней горлышком вниз большой колбе заключается около 150 кг ртути. Оба сосуда укреплены подвижно один относительно другого; искусной системой рычагов достигается то, что при увеличении атмосферного давления колба опускается и урна поднимается, при уменьшении же давления - наоборот. Оба движения заставляют вращаться небольшое зубчатое колесо всегда в одну сторону. Колесо неподвижно только при полной неизменности атмосферного давления, но во время пауз механизм часов движется прежде накопленной энергией падения гирь. Нелегко устроить так, чтобы гири одновременно поднимались вверх и двигали своим падением механизм. Однако старинные часовщики были достаточно изобретательны, чтобы справиться с этой задачей. Оказалось даже, что энергия колебаний атмосферного давления заметно превышала потребность, т. е. гири поднимались быстрее, чем опускались; понадобилось поэтому особое приспособление для периодического выключения падающих гирь, когда они достигали высшей точки.

Легко видеть важное принципиальное отличие этого и подобных ему “даровых” двигателей от “вечных” двигателей. В даровых двигателях энергия не создается из ничего, как мечтали устроить изобретатели вечного двигателя; она черпается извне, в нашем случае - из окружающей атмосферы, где она накопляется солнечными лучами. Практически даровые двигатели были бы столь же выгодны, как и настоящие “вечные” двигатели, если бы конструкция их была не слишком дорога по сравнению с доставляемой ими энергией (как в большинстве случаев и бывает).

21/10/2012

Мечта о вечном двигателе родилась у человека тогда же, когда он научился выполнять самую примитивную механическую работу. Чем масштабнее были дела homo sapiens, тем сильнее становилась эта мечта. Даже злополучное яблоко, стукнувшее Ньютона по темечку, лишь слегка притормозило попытки создать perpetuum mobile, но не прекратило их.

Побочный эффект
В часовой отрасли мечта о вечном двигателе трансформировалась в идею механизма, который мог бы заряжать энергией сам себя. Первые модели с автоподзаводом даже снабжались гордым эпитетом perpetual, то есть «вечные». Скажете, что достижение не столь уж значимо и часовщики гордились зря? Что ж, добрая треть жителей Земли носит часы, и каждый владелец механики ежедневно тратит минуту, чтобы подкрутить заводную головку — согласитесь, автоподзавод экономит время как никакое другое изобретение.

В Chiffre Rouge Dior Inverse внешний сектор повторяет узор смокинга Dior

Первый самозаводящийся механизм создал в 1770-х ученик и соратник Бреге, его тезка Авраам-Луи Перреле. Механизм часов Перреле содержал массивный груз, который не был жестко связан с платиной и под действием инерции мог двигаться относительно нее. Специальная система приводов преобразовывала движение груза во вращение вала заводного барабана. Чем сильнее тряслись часы, тем быстрее они заводились.
Изобретение Перреле — классический случай «побочного эффекта». Изначально усилия были направлены совсем в другом направлении. Мастер вовсе не собирался создавать самозаводящиеся часы, он хотел лишь избавить владельца от необходимости пользоваться вечно теряющимся ключом — ремонтуар, позволявший заводить пружину и переводить стрелки посредством головки, был изобретен Лекультром на 60 лет позже, в 1833-м.

В 2008 году Perrelet представил коллекцию Diamond Flower с собственным калибром P-181 Double Rotor, ротор на циферблате украшен бриллиантами

Несмотря на несовершенство отдельных узлов, конструкция у Перреле получилась в целом вполне работоспособной. Другое дело, что ровно настолько же бесполезной. Дело в том, что часы в то время были карманными, и автоподзавод был неэффективен из-за слишком малой амплитуды и числа колебаний. Владельцам «кармашек» не приходило в голову просто потрясти часы, чтобы их завести. И хотя в течение следующих 150 лет отдельные мастера пытались создать другие варианты модуля подзавода, общая невостребованность сделала такие конструкции редкими.
К теме автоподзавода часовщики вернулись лишь в начале ХХ века, когда уменьшение механизма позволило часам переместиться на запястье. Рука даже самого ленивого человека совершает за день тысячи движений, что делает возможной работу модуля. Расцвет различных конструкций наблюдается примерно с 1920-х, но массовым явлением автоподзавод стал совсем недавно, только в 1980-1990-х, когда уровень развития технологий позволил повысить эффективность этих модулей и обеспечить удовлетворительную себестоимость их производства.

Калибр Eterna-Matic, впервые представленный в 1948 году, был оснащен сектором, опирающимся на 5 подшипников

Изобретение Перреле было предназначено для механических часов, однако идея оказалась весьма востребованной и в других сферах. Еще в начале XIX века появились шагомеры, которые в качестве источника информации о сделанных шагах использовали колебания размещенного в металлическом корпусе грузика. В 1986 году автоподзавод проник в кварцевые часы, находившиеся тогда на пике популярности: на свет появился прототип Seiko Kinetic. В них тот же инерционный сектор вращал ротор электрического генератора, который питал батарейку. А с недавних пор устройства, вырабатывающие энергию от внешних колебаний, стали встраивать даже в кардиостимуляторы, что позволило увеличить период между операциями, необходимыми для замены батарейки.

В 1962 году был создан самый маленький автоматический калибр Eterna-Matic 3000 высотой 3,6 мм, через 40 лет компания представила лимитированную юбилейную серию в корпусе из платины

Говоря о «вечном двигателе» в механических часах, было бы неправильно обойти стороной модель Atmos от JaegerLeCoultre. Эти настольные часы преобразуют в энергию сжатой пружины малейшие колебания температуры и атмосферного давления, то есть естественные природные процессы. Но данная технология требует слишком крупных компонентов для использования в наручных часах. К тому же количество вырабатываемой энергии слишком мало: ее хватает на работу сверхэкономичного крутильного маятника, но недостаточно для более энергоемкого баланса.

Преьмера SIHH-2012: Promenade d’une Panter от Cartier с механизмом 9603МС с внешним ротором в виде пантеры

От идеи к реализации
Хотя со времен Перреле прошло 200 лет, все современные часы с автоподзаводом используют тот же самый принцип: инерция перемещает массивный груз относительно механизма, и это движение преобразуется во вращение заводного барабана. А вот вариантов реализации этого принципа известно множество.
Как уже говорилось, появление наручных часов подстегнуло часовщиков к созданию самозаводящихся механизмов. Однако вплоть до середины ХХ века по-настоящему эффективных конструкций не было: мешало отсутствие подходящих материалов, технологий и конструктивных решений. Модуль должен быть компактным и при этом обладать достаточной мощностью, чтобы взводить весьма жесткую заводную пружину. Совместить два требования оказалось непросто.
В часах Перреле груз автоподзавода был связан с барабаном системой колес и представлял собой тяжелый сектор, закрепленный в центре механизма. Большие размеры карманных часов позволяли сделать этот груз достаточно массивным, чтобы взводить главную пружину. Перенести эту схему в наручные часы удалось не сразу.

Главным элементом автоподзавода Пеллатона является храповое колесо

Как почти все в часовом механизме, груз автоподзавода представляет собой разновидность рычага. Создаваемый им момент силы зависит от массы и расстояния, на котором он находится от центра вращения. Чем больше две эти величины — тем сильнее оказывается «мотор» и тем более мощную пружину он в состоянии завести. Чтобы получить достаточный момент силы, в ранних конструкциях наручных часов мастера использовали рычаги, по длине сопоставимые с диаметром механизма. Такие размеры уже не позволяли грузу вращаться — он лишь совершал колебания с небольшим углом или амплитудой. Некоторые компании, как Bulova, создавали конструкции, в которых роль груза играл весь механизм целиком. Разместить груз в центре платины, как это сделал когда-то Перреле, не позволяли материалы, проблема износа подшипника крепления и трудности с созданием эффективной передачи вращения на барабан.
Все эти проблемы разом сумела решить Eterna, создав в 1948 году свой Eterna-matic. Груз в виде сектора свободно вращался в обоих направлениях вокруг оси, расположенной в центре механизма, а миниатюрный подшипник на пяти стальных шариках снижал трение и износ.

Премьера 2012 года Big Pilots Watch Top Gun Miramar от IWC оснащена калибром 89365 с системой Пеллатона

Слишком много подзавода
Eterna не зря сделала те пять шариков своей эмблемой: сегодня предложенная ею конструкция стала де-факто отраслевым стандартом, ее повторяют 90% выпускаемых в мире часов. Но наличие эффективного решения не остановило эксперименты.
Груз в виде закрепленного в центре сектора стал самым популярным решением, потому что такая компоновка обеспечивает максимальную длину рычага. А вот дальше начинаются вариации. Например, для достижения наибольшего момента инерции (т.е. массы), часовщики экспериментируют с материалами, выбирая сплавы с максимальной плотностью. В дешевых часах иногда можно встретить сектор из латуни, но большинство производителей сегодня используют сплав на основе вольфрама, а некоторые марки делают сектор из золота и даже платины, что обязательно отражается в рекламных материалах. Оправданно ли это? Плотность латуни равна 8,8 т/м3, вольфрама — 19,35, золота — 19,32, платины — 21,45 т/м3. Таким образом, золотой сектор даже проигрывает обычному вольфрамовому, а прибавка эффективности, которую дает платина, выглядит несерьезно по сравнению с разницей в цене.

Автоматический калибр 8R28 с конструкцией Magic Lever установлен в новинке 2012 года Ananta Kumadori Chonograph от Seiko

С точки зрения владельца, сектор является наиболее заметным элементом механизма автоподзавода. Вполне логично, что производители стараются придать этому элементу максимально оригинальный вид. Практически каждая марка или разрабатывает уникальную форму сектора, или как минимум декорирует его, нанося логотип. Например, красный сектор Oris стал фирменным знаком этой марки.
Некоторые производители разрабатывают новые конструкции сектора, придавая ему особые свойства. Например, в калибре RM005 от Richard Mille есть возможность отрегулировать эффективность автоподзавода. В этом механизме сектор обладает раздвижными «крыльями», разворачивая или сворачивая которые можно менять создаваемый момент. Правда, сам владелец сделать этого не может — на помощь придется звать часовщика. Несет ли это устройство в себе реальную пользу? Вряд ли, скорее это маркетинговая «фишка», нежели объективная необходимость. Дело в том, что «перезавести» часы или тем более оторвать пружину автоподзавод не может. Заводная пружина любого механизма с автоподзаводом закреплена в барабане не жестко, а с помощью силы трения. Когда часы оказываются полностью заведены, конец пружины начинает скользить по стенке барабана, предотвращая поломку других деталей. Так что даже слишком мощный механизм подзавода в паре со сверхактивным хозяином способны разве что увеличить износ некоторых деталей, но не повредить их.

По мановению руки
В последние годы набирает силу тенденция переноса сектора с привычного места на нижней стороне часов — наверх. Долгое время едва ли не единственной маркой, которая предлагала подобное решение, оставалась Perrelet. Для компании, носящей имя изобретателя автоподзавода, было важно подчеркнуть особенность своей родословной. Модель Double Rotor имела два сектора, связанных между собой: традиционный нижний и верхний, легко различимый под стеклом. Конструкция оказалась в равной степени завораживающей и сложной в производстве, в результате чего в последующем было решено сохранить сектор над циферблатом как чисто декоративный элемент, не имеющий связи с механизмом. Однако не так давно производитель вернулся к более сложной и дорогой, но интересной конструкции, когда видимый поверх циферблата сектор, или цветок, являются частью механизма.

В модели Vianney Halter с простым названием Classic, представленной в 2004 году, прозрачный сектор подзавода

Превращение функциональной детали — груза автоподзавода — в деталь декоративную, по-видимому, было предопределено ростом размеров женских часов. Это мужчины воспринимали сектор как кусок механической системы. На запястьях дам он превратился в потрясающе привлекательный элемент, оставивший позади даже турбийон. Цветок, приходящий в движение при каждом движении руки и превращающийся в сплошное сияние бриллиантов — не этого ли чуда ждала каждая красавица? Да и вообще, здорово чувствовать, как мир вертится вокруг тебя по мановению руки… Идею Perrelet, подхватил знаток всего подвижного в часовом оформлении Фаваз Груози для своей новой дамской коллекции de Grizogono Tondo. В начале этого года Cartier представила калибр 9603МС в модели Promenade d’une Panter: традиционная для дома хищница превратилась в драгоценный ротор из белого золота со вставками бриллиантов и черной эмали, кружащий по циферблату. Наконец, собственную «фишку» в виде сектора на циферблате предложил Dior: в 2011 году фабрика Soprod разработала для парижского дома эксклюзивный калибр Dior Inverse, в котором внешний ротор предстает в культовых для Dior воплощениях: в виде кружев, перьев или рисунка ткани смокинга, как в недавней мужской премьере Chiffre Rouge Dior Inverse.

Калибр с периферическим ротором А1000, установленный в часах Patravi EvoTec PowerReserve Carl F. Bucherer

Автопроблемы
Расположенный поверх механизма сектор нашел интересные применения и в мужских моделях. Так, в часах Ace от Frederique Jouvenot он элегантно очерчивает дополнительные циферблаты и придает хронографу загадочный, улыбающийся вид. А Perrelet превратил ротор в лопатки турбины и поместил его за циферблатом. Похожее по дизайну, но не столь функциональное решение есть у марки Vostok Europe.
Сегодняшняя распространенность автоподзавода может создать иллюзию простоты этого устройства. Однако это впечатление обманчиво, особенно когда речь идет о совмещении этого модуля с другими усложнениями. Например, возьмем только что упоминавшийся хронограф. И часы, способные засекать время, и конструкция Перреле известны не одну сотню лет. И то, что первые хронографы с автоподзаводом появились только в 1960-х, на первый взгляд кажется удивительным. И еще более странным выглядит то, что из трех предложенных тогда конструкций до наших дней дожила лишь одна.

Сверхтонкий автоматический калибр 1208Р с микроротором помещен в Piaget Altiplano 43 mm Automatic высотой всего 5,25 мм

На самом деле объединение этих двух модулей действительно выглядит непростой задачей. В случае хронографа, интегрированного в механизм, его детали обычно размещают с нижней стороны калибра — точно там же, где располагается и сектор автоподзавода. Совмещение двух устройств требует полного пересмотра традиционных схем компоновки деталей. Ко всему прочему хронограф — устройство энергоемкое, и узел автоподзавода должен обладать повышенной мощностью. Проблема будет понятна до конца, если вспомнить, что груз автоподзавода весьма тяжел и предъявляет особые требования к платине, мостам и другим частям механизма. В результате удара или сильной вибрации массивный сектор может вызвать поломку или незаметное искривление деталей, что приведет к остановке часов.

Перекомпоновка нужна и тогда, когда мы хотим сделать самозаводящиеся часы тонкими. Расположенный поверх основного механизма сектор и колесная система прибавляют 1-2 мм к его толщине. В 1955 году компания Buren предложила решение проблемы, разместив механизм автоподзавода «внутри» основного калибра.
Как это часто бывает в часах, внешне простое решение оказалось трудным в реализации. Дело в том, что при такой компоновке диаметр сектора ограничен половиной диаметра механизма. Уменьшение размеров и массы сектора приводит к существенному снижению его эффективности. Вдобавок ко всему, такая конструкция заставляет уменьшать размер других деталей — прежде всего барабана и баланса. Первое приводит к потере в автономности, второе — к ухудшению точностных характеристик.

Представленный в 2008 году калибр Microtor UG 101 от Universal Geneve

Между тем, параметры подобных моделей находятся на вполне приличном уровне. Так, запас хода у сверхтонких Piaget Altiplano с калибром 1208Р внутри — 40 часов, что неплохо и для обычных моделей, у Langematic Perpetual — 46 часов. Довести характеристики до приемлемых значений компаниям удается путем более точной и кропотливой настройки, что влечет за собой сокращение объема выпуска и резкое подорожание продукции. Так что высокая цена на подобные часы более чем оправдана.
Поэтому микроротор используют всего несколько компаний, относящихся к высшему эшелону: A.Lange & Sohne, Chopard, Parmigiani, Patek Philippe, Roger Dubuis и некоторые другие. Это же решение использовано в калибрах 12 и 1208Р от Piaget, которые являются самыми тонкими механизмами с автоподзаводом в мире (2,3 мм и 2,35 мм соответственно). Сложности, с которыми сталкиваются мастера при создании таких калибров, хорошо иллюстрируются цифрами: если толщина колес обычных часов составляет около 0,2 мм, то в Piaget 1208P ее пришлось довести практически до толщины человеческого волоса — 0,12 мм! А ведь эти колеса должны еще и выдерживать нагрузку…

Премьера Базеля-2012: Chopard L.U.C XPS Poincon de Geneve 125th Anniversary Edition с мануфактурным калибром 96.01-L

Под логотипом
Как бы ни были украшены сектора автоподзавода разных часов, на деле наибольшие различия скрыты как раз под ними. Во-первых, это различия в механизме крепления и подшипнике. Большинство компаний используют схему, когда-то предложенную Eterna: подшипник на пяти стальных шариках. Но в последние годы некоторые компании стали заменять сталь на керамику, обладающую меньшим трением и повышенной износостойкостью.
Второй узел существенных различий — передача между сектором и барабаном. Механизмы автоподзавода делятся на однои двунаправленные. Первые передают вращение на барабан при движении сектора только в одном направлении: по или против часовой стрелки. При этом обратное движение он совершает вхолостую. В отличие от них, двунаправленные системы заводят часы невзирая на то, куда крутится сектор. Для реализации этого используются или храповые колеса, или, что чаще — специальные реверсивные муфты.
Двунаправленные схемы потенциально эффективнее, однако спор между сторонниками двух систем не утихает до сих пор. Дело в том, что реверсивная муфта, являющаяся основой двунаправленных конструкций, требует определенного времени на переключение с одного направления на другое, поэтому при смене направления вращения сектора часть своего пути он проходит вхолостую. И чем активнее машет руками владелец часов, чем чаще сектор меняет направление вращения — тем больше у него холостой пробег.

Как правило, каждый производитель в каких-то калибрах использует однонаправленную систему, в каких-то — двунаправленную. Например, используемые в основной массе швейцарских часов калибры ЕТА 2824 и 2892 относятся к двунаправленным, а 7750 — однонаправленный калибр. Обычно владелец часов редко задумывается о конструкции их механизма. Однако тем, кто хранит их в специальных шкатулках для подзавода, знать об этом необходимо, чтобы выставить правильный режим работы двигателей.

Премьера Базеля-2012: Perrelet Peripheral Double Rotor с мануфактурным калибром P-341 с периферическим внешним ротором

В 1959 году Seiko предложила конструкцию Magic Lever («волшебный рычаг»), позволившую предельно упростить и уменьшить габариты механизма автоподзавода и одновременно обеспечить его максимальную эффективность. Ключевой деталью механизма стала вилка особой формы, одной стороной «обнимающая» эксцентрик, расположенный на оси сектора, а другой толкающая храповое колесо. При минимуме деталей (сектор, рычаг и храповик) конструкция обеспечивала завод пружины при движении сектора в любую сторону. Минусом схемы является высокая нагрузка на рычаг и храповое колесо, что требует использования особых материалов. Аналогичная схема применена в калибре TAG Heuer 1887.

Механизм 1f4 от Loiseau настолько сложен, что оснащен двумя периферическими роторами

На эту конструкцию похож автоподзавод Пеллатона, используемый во многих механизмах IWC. Однако швейцарские мастера пошли на существенное усложнение модуля: простая вилка здесь превратилась в трехслойный «пирог» из рычага специфической конструкции и двух толкателей. Толкатели имеют небольшой свободный ход относительно рычага, что снижает их износ. Еще одно отличие состоит в том, что рычаг соединен с эксцентриком не напрямую, а через рубиновые ролики.
Калибры IWC обладают еще одной интересной особенностью — амортизаторами сектора автоподзавода. Дело в том, что сектор представляет собой достаточно массивную деталь, инерция которой настолько велика, что при серьезных ударах способна повредить крепление, подвес или другие детали. Инженеры IWC разместили по контуру механизма несколько пластиковых амортизаторов, призванных в случае ударов погасить негативное воздействие.

Знаменитая ременная передача и линейный груз автоподзавода из вольфрама в концепте Monaco V4 от TAG Heuer

Видишь суслика?
Пока дизайнеры думают, как бы сделать мельтешащий сектор автоподзавода максимально броским, конструкторы пытаются решить прямо противоположную задачу: убрать его с глаз долой. По их мнению, эта железяка отъедает пространство и закрывает самое интересное в часах — собственно механизм.
Наиболее прямолинейно к вопросу подошел Виани Альтер: не меняя ротор принципиально, он выполнил его из прозрачной пластины, к краю которой крепится груз. Благодаря такому решению владелец часов может насладиться отделкой колес, мостов, работой баланса.

Более серьезно к вопросу отнеслись мастера Carl F. Bucherer, которые использовали в калибре А1000 круговой, или так называемый периферический ротор. Он представляет собой легкое кольцо, обрамляющее механизм по внешнему контуру, на один из участков которого прикреплен тяжелый груз, заставляющий его вращаться при движениях руки. В калибре Carl F. Bucherer A1000 внутренняя часть кольца снабжена зубьями и связана с колесной передачей, идущей к барабану. Между прочим, и здесь не обошлось без пионера автоподзавода — Perrelet. Дело в том, что эта конструкция была изначально разработана для Carl F. Bucherer фабрикой, принадлежащей Festina Group, в которую входит и марка Perrelet. И в этом году было решено восстановить историческую справедливость: на выставке в Базеле была представлена модель Perrelet Peripheral Double Rotor с новым мануфактурным калибром P-341, построенным по аналогичному принципу.

Однако существуют и другие варианты передачи. Например, еще в 1960-х на угличском заводе «Чайка» шли разработки механизма с периферийным ротором, где внутренняя часть кольца была выполнена в форме не правильной окружности, а как бы волнистой. Эти волны заставляли двигаться вперед-назад специальный рычаг, который через храповое колесо заводил барабан. Обе схемы обеспечивают двунаправленную работу и не съедают высоту механизма.

Но дальше всех пошли в компании Loiseau, основанной знаменитым мастером Домиником Луазо. Он решил собрать в модели 1f4 максимальное количество известных функций: турбийон, репетир, уравнение времени, вторую часовую зону, сплит-хронограф и так далее. В результате получились настолько сложные часы, что создатель не смог разместить все индикаторы на одном циферблате и сделал их двусторонними. А между циферблатами и стеклом с каждой стороны часов скользят два периферических ротора. Один из них заводит главную пружину, второй — пружину звукового модуля. Причем оба ротора интегрированы столь искусно, что, не зная об их существовании, заметить их непросто. Получается, что автоподзавод в часах не виден, но он есть.

В долгожданной Corum Golden Bridge Automatic установлен калибр CO313 с линейным автоподзаводом из платины

Круговое вращение груза автоподзавода является самым популярным, но не единственным вариантом. Чтобы подчеркнуть необычность механизма V4 и его связь с автомобильной тематикой, компания TAG Heuer использовала груз, движущийся линейно. Ременные передачи этих часов вызывают ассоциацию с двигателем автомобиля, а снующий вверх-вниз груз напоминает поршень.

Похожее решение пришлось в прошлом году использовать конструкторам Corum при проектировании калибра CO313 для модели Golden Bridge Automatic. Традиционный вращающийся сектор просто испортил бы все впечатление от этих великолепных часов. А платиновый брусок, двигающийся по задней стенке прозрачного корпуса, органично вписался в дизайн единственного моста механизма.

Самое полезное усложнение
Модуль автоподзавода, увы, так и не стал вечным двигателем. Но зато он стал самым полезным усложнением, используемым в механических часах. В какой-то степени он даже пострадал от этой полезности, ведь его рассматривали именно как функциональный элемент, стабильно выполняющий свои задачи, и не особенно стремились к созданию чего-то нового в этой области. Все изменилось в наши дни, когда внимание и к функциональным, и к просто красивым инновациям в часах достигло пика. Часовщики вспомнили, что и этот модуль может быть переработан и улучшен. И как знать, может быть, завтра мы все-таки увидим в часах настоящий вечный двигатель?

"Вечные" часы

Однажды в далекие теперь годы существования Советского Союза я купил радиоконструктор для сборки электронных часов. Схема у них была такая:

Как истинный радиолюбитель, я решил, что собирать просто по готовой схеме неинтересно. Родился грандиозный замысел сделать "вечные" часы, то есть часы, которые будут точно идти всегда, несмотря ни на какие превратности судьбы в виде потери питания и отклонения частоты кварца от идеальной, причем все это без участия человека!

Для этого была собрана схема автоматической ежесуточной (в полночь) коррекции по сигналам точного времени, а также схема контроля напряжения аккумулятора 7Д-0,1 и автоматического подзаряда его в течение положенных 15 часов.

Кроме этого, был предусмотрен будильник, который мог или просто сигналить в течение одной минуты, или включать после этого встроенный приемник, или вместо этого включать какую-нибудь внешнюю нагрузку.

Схема собиралась в условиях дефицита радиодеталей, поэтому не детали доставались для схемы, а схема разрабатывалась под имеющиеся детали. Между прочим, этот подход много дал мне в плане понимания работы электронных схем и умения найти выход из любой ситуации.

Вот первый лист схемы (изменения карандашом сделаны значительно позже):

Куча переключателей здесь служит для установки времени срабатывания будильника; диоды V21-V28 входят в дешифратор автоматического корректора.

Второй лист схемы:

Здесь на микросхеме А1 собран приемник, настроенный на радиостанцию "Маяк" в диапазоне средних волн. На транзисторе V86 и элементе D3.2 собран триггер Шмитта, преобразующий сигналы точного времени (СТВ) в прямоугольные импульсы.

6-разрядный счетчик на триггерах D5-D7 выполняет две функции. Каждые сутки в 23 часа 59 минут на него подается питание и он начинает считать секунды. В 23 часа 59 минут 52 секунды он сбрасывается, а его вход (D5:11) подключается к схеме приема СТВ. По шестому СТВ происходит полный сброс часов и возврат в исходное состояние.

На транзисторах V71 и V74 собран триггер Шмитта, срабатывающий при низком напряжении аккумулятора и подающий питание на счетчик D2, отсчитывающий 15 часов заряда аккумулятора. Первоначально из-за применения 155-ой серии с большим потреблением тока был риск полного разряда аккумулятора в ожидании появления сетевого напряжения. Для исключения такой ситуации счетчик был переделан с применением 176-ой серии:

Еще позже я совсем отказался от схемы зарядки по счетчику и сделал постоянный подзаряд аккумулятора через резистор параллельно диоду V68 (см. лист 1). При этом напряжение питания схемы было поднято до 10 В.

В таком виде часы прекрасно работали лет 15 и были, естественно, самыми точными в доме.

После развала Советского Союза по не известным мне причинам постепенно стал слабеть сигнал радиостанции "Маяк" на средних волнах. Простейший приемник прямого усиления, примененный в этих часах, перестал давать удовлетворительный уровень сигнала и коррекция тоже перестала работать. Увеличение усиления промежуточного каскада на V83 выручило ненадолго. Пришлось собирать приемник, работающий на УКВ:

Дело осложнялось тем, что в диапазоне УКВ радиопередачи не прерывались для передачи СТВ, они просто накладывались друг на друга. Поэтому схема приемника получилась заметно сложнее.

Во-первых, пришлось ввести фильтр на частоту 4,1 кГц на 140УД1А.

Во-вторых, новый СТВ был одиночным длительностью около 0,25 с. Счетчик до 6 стал ненужным, а для повышения помехоустойчивости была введена схема из двух ждущих мультивибраторов на 176ЛЕ10 и 176ЛП2, которая разрешала сброс часов только в интервале 0,2-0,3 с от начала импульса СТВ.

Несмотря на все эти ухищрения, добиться нормальной работы корректора не удалось, и сейчас он не используется, но часы работают до сих пор без поломок и ремонта с 1983 года! Даже ни один электролит не был заменен - видимо, в советское время они были качественнее. Вот их теперешний вид: