Az óra története 4.


 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

A kronométer kifejlesztése közben az órások olyan problémákkal szembesültek, amelyek a korábbi, még nem nagy pontosságú konstrukcióknál nem is jelentkeztek. Ezek megértéséhez gondoljuk át, mi határozza meg egy billegő-szabályozású óra pontosságát! Az óra pontosságáért nyilván elsősorban a billegő és a hajszálrugó által alkotott lengőrendszer pontossága, és stabilitása felelős. E rendszert befolyásolja a külső hőmérséklet változása, és az óra mozgatása. A rendszer emellett tartalmaz általában hajszálrugókulcsot, amellyel a hajszálrugó "dolgozó" hosszának finom változtatása lehetséges, így állítható be pontosan az óra. Fontos az egész óramű gondos kidolgozása, és ráadásul a rugó sem egyenletesen adja le nyomtékát lejárás közben, és ez is befolyásolja az óra pontosságát. Vegyük sorra, a különböző külső hatások milyen módon befolyásolják a rendszer működését, először is vizsgáljuk meg a billegő-rendszerben felmerülő elvi és gyakorlati problémákat.

A legnagyobb problémát a hőmérséklet változása okozza. Jellemző a probléma nagyságára, hogy a régen általánosan használt acél hajszálrugó és sárgaréz billegő esetén a napi járásban 1°C hőmérsékletváltozás átlagosan 18-20 másodperc napi járáseltérést okoz! Ennek 80%-ért a hajszálrugó a felelős. A korabeli anyagokkal sokkal jobb eredményt elérni nem lehetett, ezért a konstrukciónak kellett kompenzálni az ezt. A hőkompenzációra számos érdekes konstrukciót dolgoztak ki, de a legjobb megoldás alapját, a bimetál szalagot, John Harrison alkalmazta először. Ez egy acél és rézszalag (vagy más, különböző hőtágulási együtthatójú fém) összeforrasztásából keletkezett, amely a kétféle fém eltérő hőtágulása miatt hőmérsékletváltozásra meghajlott. Harrison még bimetál hajszálrugókulcsot alkalmazott, az ábrán látható módon (kék az acél, vörös a rézszalag):

A megoldás ugyan működött, de a gyakorlatban legjobban az ún: kompenzált billegő vált be, és ez terjedt el széles körben, és van használatban a mai napig is. Ez egy "bimetál" billegőkoszorúra épül, ahol a koszorút egymással szemben két helyen felvágják. A hőmérséklet növekedésével a megfelelően méretezett koszorú úgy hajlik be a forgástengely felé, hogy amennyivel emiatt csökkenne a lengésidő, az pontosan kiegyenlítse a hajszálrugó gyengülése okozta lengésidő növekedést. A kerületen elhelyezett kiegyenlítő csavarok állításával lehet a rendszert pontosan beállítani. A bal oldalon látható ábra kiválóan szemlélteti a konstrukció működését

A későbbiekben aztán sikerrel kifejlesztettek olyan anyagokat a hajszálrugók számára, amelyek egyrészt a mágneses térre nem érzékenyek (pl.: nivarox, amely a sok elektromágneses elven működő berendezés miatt mára már nagyon fontos), másrészt olyan kicsiny a hőfüggésük, amelyet már a billegő megfelelő anyagból való elkészítésével a bonyolultan előállítható, költséges bimetál billegő nélkül is elfogadhatóan kompenzálni lehet. Ilyen korszerű anyag a billegők számára pl: a glucidur. Gyakori konstrukció volt a kevés horgannyal ötvözött rézből meleghengerelt lemezből kialakított billegő. Mivel ennek az ötvözetnek kristályai a hengerlés irányában helyezkednek el, ezért ebbe az irányba nagyobb a hőtágulása az anyagnak, mint erre merőleges irányba. Ha a billegő kétküllős, és a küllők a kristályszerkezet irányába esnek, akkor a hőmérséklet emelkedésével a billegő oválissá válik, és ezzel kompenzálja a hajszálrugó okozta hőfüggést. A jobboldali ábra mutatja ezt az elvet. Gondosan méretezett rendszerekkel igen jó eredmény érhető el, de hajókronométerben nem alkalmazzák őket, azon egyszerű okból, hogy utólag már a gyártási pontosságot nem lehet tovább finomítani. De minőségi kar és zsebórákban ezek a konstrukciók nagyon jól működnek, különösen, hogy pl: egy hordott karóra átveszi a test hőmérsékletét, és általában ezért nincs is nagy hőingadozásnak emiatt kitéve.

A mai jó minőségű nivarox hajszálrugó, glucidur v. berrilium billegő konstrukciókkal egészen kiváló eredmények is elérhetőek, a napi néhány másodperces járáspontosság sem ritka. De ezen órák finombeállításához már a hajszálrugókulcs nagyon finom mozgatására van szükség. Rengeteg hajszálrugókulcs konstrukció alakult ki, és érdemes néhányat megszemlélni:

A "klasszikus", egyszerű hajszálrugókulcs. Nagy, akár 180-240 fokos elfordulást is lehetővé tesz, de nagyon finom szabályozásra általában nem alkalmas. Az óra esetleges megütésekor elmozdulhat.










Excenter-csavaros finombeállítás. A korszerű óraművek leggyakoribb megoldása. Kis elmozdulást tesz csak lehetővé, de nagyon finoman szabályozható. Ütésre nem érzékeny.








A "hattyúnyakas" finomszabályozó. Nevét a kitámasztó rugó alakjáról kapta, szabályozni a kitámasztó csavarral lehet. Ez is csak kis elmozdulást tesz lehetővé, és nem érzékeny ütésre. És nagyon szép!













Az excenter-csavaros megoldás egy érdekes kivitele, kis skálával kiegészítve. Ezt alkalmazzák például a Valjoux 7750 kronográfszerkezetben is.










Karos-fogasíves megoldás. Kis elmozdulást tud átvinni, és igen finoman szabályozható. De ütésre érzékeny, és túlságosan bonyolult.

















Fogasíves-rugós-fogaskerekes megoldás. Ez a konstrukció aránylag nagy elmozdítást tesz lehetővé, ugyanakkor finoman szabályozható és nem ütésérzékeny. De a korszerű gátlók nem igénylik a hajszálrugókulcs ilyen nagy ívben való elmozdítási lehetőségét, és ez a megoldás szükségtelenül bonyolult.









Emellett még számos, ugyanezen feladatot ellátó konstrukció alakult ki, de mára a leggyakoribb és legjobban bevált az excenteres megoldás, bár drága precíziós órákban látványossága miatt szívesen alkalmazzák a "hattyúnyakas" szabályozót is. Sajnos a hajszálrugókulcs ugyanakkor a hőkompenzált rendszer egyensúlyát a hajszálrugó hosszváltoztatásával kis mértékben megbontja. Ez a korszerű rendszerekben azonban már olyan kis változást okoz, amelynek már nincs jelentősége.

De az így szépen kompenzált, elvileg csodálatosan pontos lengőrendszereknél azt tapasztalták az órások, hogy az elkészült precíziós órák egy adott pozícióban nagyon pontosak, de az órát elfordítva, mozgatva jelentős járáseltérés mutatkozik. Ez az ún.: pozicionális hiba, melynek okai az alábbiak:

Ugyan a billegőben maradhat egy kis kiegyensúlyozatlanság még a legnagyobb precizitás mellett is, de a probléma fő oka a hajszálrugó lengés közbeni "lélegzése", mert ez nem középpontos, és emiatt a hajszálrugó tömegközéppontja "vándorol" egy kicsit minden egyes lengés alatt. Mivel a hajszálrugó tömege is része a billegővel együtt alkotott lengőrendszernek, ez úgy jelenik meg, mintha a billegő kiegyensúlyozatlan lenne. Márpedig egy, a föld gravitációs mezejében dolgozó lengőrendszer mozgását csak akkor nem befolyásolja a gravitáció, ha az a forgástengelyre nézve teljesen kiegyensúlyozott. Így ezen apró eltérések összessége vezet a pozicionális hibához. Az baloldali ábrán jól látható a hajszálrugó tömegközéppontjának vándorlása a billegő két lengési végállapota között (piros ponttal jelölve). Már Harrison rájött arra, hogy a hajszálrugó végének megfelelő visszahajlításával elérhető az, hogy a hajszálrugó végre középpontosan "lélegezzen", és így a probléma nem, illetőleg csak sokkal csekélyebb mértékben jelentkezik, de a hajszálrugó végének leginkább megfelelő alakját - a helyes véggörbét - nem sikerült megtalálnia. A helyes véggörbét Breguet kísérletezte ki, úgy, hogy a hajszálrugó végét a megfelelően szerkesztett görbe szerint visszahajlította a hajszálrugó síkja fölött. Ez lett a ma is általánosan alkalmazott "Breguet-féle" hajszálrugó, amely a jobb oldali kis ábrán látható:



A véges gyártási pontosság miatt a gyakorlatban persze ez a megoldás sem teljesen kifogástalan, de a hétköznapi, sőt akár a precíziós órák számára is elfogadható pontosságot tud nyújtani. Ráadásul karórán a pozicionális hiba nem okoz túl nagy problémát, mivel ez folyamatosan változtatja pozícióját ("lengetik"), és a hibák hol sietésként, hol késésként jelentkeznek, és összességében túlnyomórészt kioltják egymást. A szépen megszerkesztett véggörbét azonban a hajszálrugókulcs is megbontja, és ezért annak mozgatása változó pozicionális hibát visz a rendszerbe. Az ideális rendszerben tehát nincs hajszálrugókulcs (minden hajókronométer kivétel nélkül hajszálrugókulcs nélküli), de így más lehetőség híján a billegővel kell a finombeállítást megoldani. Ennek az elve mindig ugyanaz: valamilyen módon a billegő-koszorú tehetetlenségi nyomatékán kell változtatni. Ez jellemzően néhány ott elhelyezett súly kijjebb-beljebb mozgatásával történik. Általában erre csavarokat használnak, amelyek szinte mindig aranyból készülnek a súly és a korrózióállóság miatt, és tulajdonképpen ezen az elven működik az összes elterjedt hasonló megoldás is. Ilyeneket nem csak hajókronométerekben, de minőségi karórákban is alkalmaznak, melyek közül manapság az alábbiak a legismertebbek:

Az Audemars-Piguet és a Patek-Philippe konstrukciója: Giromatic. Itt a billegő koszorúján nyolc kis tengelyen csapágyazott excentrikus súly van, amelyek elforgathatóak. Ez talán a legfinomabban szabályozható megoldás.

ROLEX: Microstella. Itt a billegő koszorújából 90 fokonként befelé néz négy kis csavartengely-csonk, amelyen négy kis anyacsavarhoz hasonló hengeres súlyocska van, amelyeket ki-be csavargatva beállítható a rendszer.

OMEGA: cal.2500: az új Co-Axial gátszerkezet fejlesztett megoldásnál csupán két picike kis csavar van egymással átellenben a billegő koszorújában. Ez csak nagyon kis állíthatóságot tesz lehetővé, így eleve precíz, napi 15s-nál nem nagyobb eltérésű billegő-hajszálrugó rendszert alkalmaznak.

A hétköznapi óráknál a hajszálrugókulcs nélküli megoldás elterjedésének gátja az, hogy az ilyen órák nagyon nehezen, hosszadalmasan, és ezért drágán szabályozhatóak csak be, míg a hagyományos hajszálrugókulcsos kivitelek könnyen szabályozhatóak, és ezek legkiválóbbjai a hétköznapi életben teljesen kielégítő pontosságot tudnak nyújtani, sőt, a korszerű anyagok és megoldások alkalmazásával akár hajókronométernek alkalmas pontosságú órák is készíthetőek!

Ezzel együtt a Breguet hajszálrugó a gyakorlati kivitelben persze nem készíthető geometriailag 100%-os pontosságúra, tehát egy picike pozicionális hibára való hajlam még a legfinomabban behangolt, hajszálrugókulcs nélküli rendszerben is marad. Ezt tovább csökkentendő, rájöttek, hogy a gondosan kivitelezett véggörbéket hengeres, vagy kúp-hordó alakú hajszálrugókkal párosítva szinte tökéletesen jól beállítható rendszer hozható létre. Ilyen hajszálrugókat láthatunk a jobboldali képen:

S mindezeket kiválóan illusztrálja a korábbi képeken bemutatott hajóóra mechanika. Látható rajta a hengeres, kulcs nélküli hajszálrugó, a kompenzált, bimetál billegő. Ráadásul - hogy a helyzeti hiba, és a hőmérséklet okozta pontatlanságot tovább csökkentsék - a hajóórákat egy hőszigetelt fadobozban, kardanikusan függesztették fel (ez is látható az első képen). Így lehetett a maximális pontosságukat kiaknázni, de jellemző a kronométer-gátszerkezet érzékenységére, hogy nagy viharban előfordul(t), hogy az óra megállt. Nem véletlen, hogy a kronométer gátszerkezetet zsebórában is csak elvétve, karórában sohasem alkalmazták!

A hengeres hajszálrugós konstrukciók egyedüli gondja az, hogy nagyon magasak. Ezért, bár asztali vagy hajóórába kiválóan megfelelnek, de kar és zsebórába sohasem voltak alkalmasak. Ott marad a sík Breguet hajszálrugó, és vele egy kis maradék pozicionális hiba!

De Breguetet annak idején az így megmaradt hiba kiküszöbölése is foglalkoztatta, és így találta ki 1800 körül, hogy ha az egész gátlóművet forgatja a tengelye körül, akkor ezek a hibák is mintegy körbejárnak, hol sietést, hol késést okozva, és így kiintegrálják, kioltják egymást. Az ilyen elven működő szerkezeteket nevezik tourbillonnak (franciául: forgószél, örvény), v. carousselnek (karusszel).

A caroussel és a tourbillon közötti különbség az, hogy a tourbillon esetén a billegő tengelye és a forgó híd tengelye egybe esik, így a gátszerkezet mintegy körüljárja a billegőt. Ez kompaktabb, és általában egy perc alatt fordul meg a tengelye körül, így gyakran a tengelyére ültetik a másodpercmutatót. De probléma az érzékenysége, mert a kis súrlódás érdekében (aránylag gyorsan forgó szerkezet) igen vékony tengely hord egy, a billegőnél sokkal nehezebb hidat (a híd kerülete egy koszorúkerék, rajta van a gátszerkezet a csapágylemezeivel, és a komplett billegő a csapágyaival). Ez sajnos sokkal kevésbé ellenálló ütéssel - és így töréssel - szemben, mint egy normál billegő.

A caroussel esetén a billegő és a forgó híd tengelye nem esik egybe. Akár az egész szerkezet is foroghat lassan körbe, az is caroussel. Ez általában nem 1 perc alatt fordul meg (bár ilyen is van), és jóval robusztusabb is lehet, hiszen egy lassan körbeforduló tengelynél a súrlódás kevésbé zavaró, ezért vastagabbra, erősebbre méretezhető. A tourbillonnak igazi jelentősége a zsebórákban volt, mert a zsebórát többé-kevésbe állandó pozícióban hordta tulajdonosa.

A karórán a tourbillon inkább műszaki bravúrnak nevezhető, igazán komoly előnyöket nem nyújt, hiszen a karóra folyamatosan változtatja pozícióját, tulajdonképpen viselője elvégzi a tourbillon feladatát! De ennek ellenére sok gyártó készíti legkiválóbb presztízsóráit ilyen kivitelben. A tourbillon tulajdonképpen bármilyen gátszerkezethez illeszthető, de mivel a pontosságra törekvés jegyében készült, ezért csak a legjobb szabályozási eredményeket nyújtani képes gátlóművekhez alkalmazzák, tehát kronométer és svájci horgony-gátszerkezethez készültek ilyenek, manapság szinte mindig svájci horgony-gátszerkezettel (lásd később) készítik az ilyen kivitelű órákat. Érdemes megszemlélni egy mai, korszerű kivitelű tourbillon konstrukciót:

Az alábbi tourbillon konstrukcióval az IWC óráiban találkozhatunk. Megalkotásánál a mai korszerű elveket alkalmazták, a billegő ütésbiztosított, és a tourbillon "ketrecét" alkotó kereteket titániumból készítették el, hogy az a lehető legkönnyebb lehessen, és így ütésekkel szemben a legjobb ellenálló-képességet mutassa. Főbb elemei az alábbiak



1. Felső csapágykeret (titánium)



2. Billegő



3. Gátszerkezet csapágyhídja (titánium)



4. Alsó tartókeret (titánium)



5. Horgony



6. Gátkerék



7. Billegő alsó csapágya



8. A tourbillon alsó kerete a hajtókerékkel



9. A Tourbillon csapágya a rögzített másodperckerékkel (ezt járja körbe a gátkerék)





A kész, szerelt tourbillon hídja így néz ki















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