Az óra története 3.


 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

A XVII. század végén kezdődő, csodálatos fejezete az óra történetének a kronométer, vagyis a nagy pontosságú hajóóra története. A középkor végére a tengeri hajózás óriási méreteket öltött, az akkori nyugat-európai államok gazdasága függött a tengeri kereskedelemtől. Míg azonban a földrajzi szélességet a nap delelésének magasságából meg tudták mérni, addig a hosszúság mérésére semmilyen a gyakorlatban is jó módszer nem volt. Arra ugyan hamar rájöttek, hogy a hosszúságot leginkább a helyi, és a referenciának számító kikötő idejének összehasonlításával lehet meghatározni, éppen csak a referencia idő megőrzése volt megoldatlan. Kidolgoztak ugyan számos - elvileg kifogástalan - módszert, amelyek a Hold fázisainak, a Jupiter holdjainak megfigyelésén alapultak, de ezek a gyakorlatban megbuktak azon, hogy a tengeren "szeret" éjszaka köd lenni, és a látásviszonyok sokszor nem teszik lehetővé az égitestek megfigyelését. A megoldás az lett volna, ha egy pontos órát vihetett volna a hajó magával, és a nap helyi delelésének és az otthoni időnek az összevetésével meghatározható lett volna a földrajzi hosszúság. De ez bizony nagyon pontos, az akkori utak sokszor több hónapos, esetlegesen akár egy éves hosszúságát figyelembe véve legfeljebb napi néhány másodperc eltéréssel működő óra kellett. Gondoljunk csak bele, hogy az egyenlítőn 1 perc eltérés csaknem 28km tévedést jelent a hosszúság meghatározásában!

A korabeli hordozható órák azonban meg sem tudták közelíteni az elvárt pontosságot. Az inga megjelenése már lehetővé tette ilyen pontosságú óra elkészítését, de az ingás óra - pontosságának megőrzése mellett - semmiféle konstrukciós trükkel sem volt hordozhatóvá tehető (azt az apróságot nem is említve, hogy a földi nehézségi erő kismértékben változik a szélesség függvényében, és az inga emiatt más lengésidővel működik. Ez a hatás nem elhanyagolható, példának okáért Londonból az egyenlítőre lemenve közel 4 percet késne naponta egy ingaóra! Mindazonáltal az órások a XVII. század végétől elkezdtek kísérletezni a kívánt nagy pontosságú órák kifejlesztésével, egyelőre az akkori kormányok hathatós támogatása nélkül. Amikor azonban az angol flotta egy egész hajóraja szenvedett navigációs hiba miatt hajótörést, akkor a brit admiralitásnál "betelt a pohár", és 1714-ben Anna királynő jelentős, 20000 fontos pályázatot írt ki pontos óra kifejlesztésére. Ez akkor nagyon komoly összeg volt, el is indult a versengés.

A pályadíjat az időközben technikatörténeti fogalommá vált John Harrison nyerte el (aki Graham műhelyében tanult), gyakorlatilag egy élet munkájával, négy különböző konstrukció kidolgozásával. Valójában az ő konstrukciói és órái nem terjedtek el (bár a neves Cook kapitány az ő órájának Kendall által készített referencia másolatát használta útjain, teljes sikerrel), de munkája és tapasztalatai utat nyitottak az utána jövőknek. Megemlítendő neves hajóóra készítő volt a francia Berthoud is. De ezek az első hajókronométerek még módosított orsó és cilinderjáratokkal készültek, ahol csak rendkívül gondos kidolgozás és összetett kompenzációs mechanizmusok mellett tudták - nagyon költséges szerkezetekkel - biztosítani a szükséges pontosságot. Nyilvánvalóvá vált, hogy nem a meglévő gátszerkezeteket kell finomítani, hanem olyan új konstrukciókra van szükség, amelyek kiküszöbölik az elődök problémáit.

Ez lett a francia Pierre Le Roy által 1750 körül feltalált kronométer gátszerkezet, amely nevével is utal feladatára. Ennek hamar többféle variációja is megjelent, de mindegyik ugyanarra az elvre épül, és közös bennük az, hogy ezek már szabad gátszerkezetek voltak, vagyis a billegő a lengése legnagyobb részében teljesen szabadon, a gátszerkezettel való érintkezés nélkül lenghetett. Mindegyik kronométer gátszerkezet alapja az, hogy a gátkereket egy karon elhelyezett zárókő gátolja forgásában. Ezt a rendszerint rugózott (néhány megoldásnál tengelyen csapágyazva elforduló) kart egy nagyon kis erejű, szinte mindig aranyból készült kis laprugó (az ábrán sárgával színezve) a billegő tengelyén elhelyezett emelőkő mozdítja ki a zárásból, és az ekkor egy foggal elforduló gátkerék a billegő-tengelyen elhelyezett másik emelőkövön keresztül ad lendületet a billegőnek. A másik irányba lengéskor az aranyrugó kilincsműként viselkedik, és a gátkerék nyugalomban marad. Mivel ez a rugó igen gyenge, ezért a billegő szabadlengését alig befolyásolja. A konstrukció jó minőségű, kompenzált billegővel (lásd később) kiválóan szabályozható, a napi eltérés akár néhány tizedmásodperces pontosságúra is lecsökkenthető. Problémája azonban az, hogy a rázkódást nem bírja, a kar könnyen a kiugrik a gátkerék fogai közül, és ilyenkor az óra rendszertelenül sietni kezd. Ezért ezt a gátszerkezetet zsebórában is csak ritkán, karórában pedig egyáltalán nem alkalmazták. A precíziós kronométereket pedig a külön e célra kialakított dobozban kardanikusan felfüggesztve, rezgésektől védve alkalmazzák. Ez a mai napig a hajókronométerek jellemző építési módja. Az alábbi ábra a kronométer gátszerkezet számos variációjának egyikét mutatja (látható az aranyrugó, a zárókar, rajta a (piros) zárókő, a billegő tengelyén fent a kiemelést biztosító (piros) kő, alatta az emelést végző (szintén pirossal) nemeskő. Jobbra egy kis "animált" képen a kronométer gátszerkezetet működés közben ismerhetjük meg:



A minőség javításában szintén nagy jelentőséggel bírt, hogy 1704-ben.Nicolaus Fatio genfi órás bevezette a drágakő csapágyak alkalmazását az órákban. Erre az a felismerése vezetette rá, hogy azonos keménységű anyagok sokkal jobban koptatják egymást, mint az eltérő keménységűek. A megmunkált, edzett acél csapokat sárgaréz csapágyakban járatva a sárgaréz lágysága miatt azonban még mindig elég nagy volt a kopás, és ami még ennél is nagyobb baj - a súrlódás is. Az acélnál sokkal keményebb nemes kő (eleinte achát, majd rubin-zafír, különleges esetekben gyémánt) csapágyak azonban megoldották ezt a problémát. Miután az 1920-as évek után a rubin (Al2O3) nagy tömegű, mesterséges előállításával olcsó is lett az efféle csapágy, magától értetődő lett az órákban. De a természetes kövek magas ára, és a korabeli technológiával való nagyon nehézkes és költséges előállítása miatt a régi órákban csak igényes helyeken alkalmazták a kőcsapágyakat. A kőcsapágyakat korábban sokszor szerelt, csavarozott kis aranytokban illesztették be. Ez nagyon szép, de költséges volt, és nehéz volt a csapágykövet gondosan beállítani. Érdemes az alábbi precíziós IWC zsebóraszerkezeten a négy, parányi csavarral rögzített kis aranyfoglalatot megnézni, amelyekben még természetes rubinból vannak a csapágykövek (a képre kattintva kinagyítható):

Nagyon hamar megjelent a besajtolt, beperemezett foglalás is, bár igen igényes, drága órákban a külön, csavarokkal rögzített foglalatos ("chaton") csapágykövek máig előfordulnak, mára a minőség egyfajta szimbólumává válva. Alább balra látható egy besajtolt csapágykő ("lyukaskő") tipikusnak mondható keresztmetszete. De mint a képről is látható, ez a megoldás lehetővé teszi, hogy a benne csapágyazott tengely tengelyirányban csúszkálni tudjon, és ekkor a tengelycsap válla a kőcsapágy alsó homlokfelületén ül fel. Ez nem igazán gond a futómű kerekeinél, hiszen a súrlódás és kopás így is sokkal kisebb, és a kerekek kis tengelyirányú holtjátéka megengedhető, de a billegőnél, ahol a lehető legkisebb súrlódásra kell törekedni, ez nem felel meg. Itt már a legkorábbi konstrukciókban is a jobboldali képen látható fedőköves megoldást alkalmazták, ahol a tengely oldalirányban a lyukaskövön, tengelyirányban a fedőkövön fekszik fel. Sárgával van jelölve a csapágyban levő olaj. A billegő-tengely előbb kicsit tovább szűkülő, majd bővülő megoldása ("trombitatengely") azt szolgálja, hogy a tengely a kapilláris-hatás miatt ki ne "csalogassa" a csapágyból a kenőolajat. Főleg precíziós óráknál alkalmazhatnak fedőkövet a horgonynál, és a gátkeréknél is (ez utóbbinál ütésbiztosítás is előfordul - lásd később).



A fenti finom megoldások elterjedésével a hajókronométerek fokozatosan egységesedtek, a XX. század közepére gyakorlatilag szabványossá váltak. A pontosságuktól pedig már a XIX. század elején elvárták, hogy minden körülmények között is csak legfeljebb napi 4 másodpercet tévedhettek. De a jó mechanikus kronométer ennél sokkal pontosabb tud lenni, jellemzően akár napi 0.5 másodperc körüli pontosságúra is be lehet szabályozni. Érdemes megnézni egy ilyen hajóóra szerkezetét. Könnyen felismerhető rajta a kiegyenlítő csiga a lánccal, a hengeres hajszálrugó, és a nagyméretű, kompenzált billegő. A továbbiakban tárgyaljuk ezeket a szerkezeti egységeket, és kialakulásuk okait!




1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14