Dzieje zegarmistrzostwa Ochrona antymagnetyczna w zegarkach (część 1)

Magdalena Piekarska1.02.202013.02.202010 min. czytania

Przeciwieństwa przyciągają się, ale te razem tworzą mieszankę wybuchową. Pola magnetyczne są dla zegarków tym, czym wilgoć dla starodruków. Jednak niektóre modele łączą wodę z ogniem – oto, w jaki sposób producenci próbowali i próbują walczyć z niebezpiecznym namagnesowaniem mechanizmów.

Pola magnetyczne plus zegarki równa się kłopot – tak przypuszczalnie mogłaby brzmieć branżowa wersja starego hasła z PRL’u, reklamującego zapałki (dla tych, którzy nie pamiętają – w oryginale było: dzieci plus zapałki równa się pożar).

Teoretycznie, większość współczesnych zegarków jest antymagnetyczna. Teoretycznie, bo ustalone kiedyś normy nie przewidywały, że we współczesnym świecie pola magnetyczne będą wszędzie: wytwarzają je między innymi smartfony, taśmy w hipermarketach i na lotniskach, o głośnikach, komputerach i sprzęcie AGD nie wspominając.

Co to oznacza dla zegarków mechanicznych? W skrócie: problem. Większość modeli nie ma bowiem tak mocnej ochrony antymagnetycznej, która zabezpieczałaby mechanizm przed silnymi polami. By się o tym przekonać, wystarczy położyć zegarek na głośniku, taśmie w hipermarkecie lub zbliżyć na dłuższą chwilę do zwykłego magnesu w teczce lub torebce. Szybko przekonamy się, że zegarek zostanie namagnesowany i przestanie dokładnie chodzić (zacznie na przykład przyspieszać o kilka godzin w ciągu doby). A gdy to się już stanie, trzeba będzie wybrać się do zegarmistrza, by zegarkowi przywrócił „funkcje życiowe” (mechanizm sam się nie rozmagnesuje).

A tak swoją drogą, mówiąc o zegarkach używamy dwóch pojęć: antymagnetyczny i amagnetyczny. Czy oba oznaczają to samo? Zegarek antymagnetyczny to taki, który ma ochronę antymagnetyczną, natomiast amagnetyczny zegarek (lub część mechanizmu) powstał z materiałów odpornych na działanie pól magnetycznych. Zatem zegarek może być antymagnetyczny i składać się z amagnetycznych komponentów.

Nowe stopy, nowe możliwości

Kwestia pól magnetycznych i ich wpływu na zegarki nie jest niczym nowym. W 1820 roku, zjawisko elektromagnetyzmu odkrył Hans Christian Ørsted, duński fizyk i chemik (podczas jednego z wykładów zaobserwował, że igła kompasu odchyla się pod wpływem prądu).

Lecz przez dziesięciolecia dla zegarmistrzów, a później producentów zegarków, magnetyzm nie był priorytetem. Większość firm koncentrowała się przede wszystkim na wodoszczelności oraz dokładności chodu, tj. odpowiedniej regulacji mechanizmu. Oczywiście zdawano sobie sprawę z tego, że pole magnetyczne źle wpływa na nawet najlepiej uregulowany mechanizm, lecz przez wiele lat zbytnio się tym nie przejmowano. Kontakt z silnym polem magnetycznym mieli bowiem tylko fizycy, inżynierowie niektórych specjalności oraz załogi samolotów, dlatego dla większości klientów ochrona antymagnetyczna w zegarku nie miała aż takiego znaczenia. Oczywiście były wyjątki.

Kiedy na początku XX w., ruszały pierwsze ekspedycje, które chciały zdobyć i jednocześnie odkryć biegun północny, każda z nich musiała zabrać ze sobą odpowiedni sprzęt, odporny na panujące tam: chłód, szalejące zamiecie i ogromne ilości śniegu oraz lodu. Takie warunki pogodowe były prawdziwym sprawdzianem wytrzymałości zarówno człowieka, jak i sprzętu. Do elementów niezbędnego wyposażenia pierwszych ekspedycji należały też zegarki. Zabierano je przede wszystkim po to, by zmierzyć długość trwania wyprawy, a w razie potrzeby obliczyć aktualną lokalizację polarników. Niestety, instrumenty pomiarowe szwankowały: bez widocznej przyczyny zegarki gwałtownie przyspieszały lub zatrzymywały się. I musiało minąć sporo czasu, zanim zegarmistrze ustalili przyczynę niedokładności chodu. Dzisiaj wiemy, że przyczyną było wytwarzane przez Ziemię pole magnetyczne, które na biegunie północnym jest wyjątkowo silne. Na poważnie, kwestią wpływu fal magnetycznych na pracę wychwytu, a szczególnie na działanie sprężyny włosowej, zajęto się dopiero w latach 40. XX w. (głównie dzięki zegarkom dla pilotów).

Czy wcześniej nic się nie działo w tej dziedzinie? Działo, lecz głównie w budowanych tylko przez kilka firm chronometrach morskich. To w nich, pod koniec XIX wieku, zaczęto standardowo stosować pierwsze, niemagnetyczne materiały. Dosyć ważną rolę odegrało tu przełomowe odkrycie Szwajcara Charlesa-Auguste’a Paillarda (1840-1895), który stworzył dziewięć różnych stopów palladu z innymi metalami: miedzią, srebrem, niklem, żelazem, złotem i platyną. W 1877 r. Paillard skonstruował, a w 1886 roku zgłosił w Anglii do opatentowania sprężynę zrobioną z palladu (była amagnetyczna i odporna na korozję). Później jego wynalazek zaczęli wykorzystywać szwajcarscy producenci zegarków, a wymyślony przez niego, nowy materiał stawał się coraz popularniejszy (już pod koniec XIX wieku stosowały go różne firmy).

Paillard, Guillaume i ich odkrycia

Jednakże stopy stworzone przez Paillarda nie zyskały aż takiej popularności, jakiej początkowo się spodziewano. Były wprawdzie odporne na działanie pól magnetycznych, miały jednak pewne mechaniczne wady.

Nad antymagnetycznymi stopami pracował też inny szwajcarski fizyk. W 1895 roku, Charles Édouard Guillaume odkrył nowy stop żelaza i niklu z dodatkiem węgla oraz chromu, który nazwał inwar (nazwa była skrótem od słowa invariabel, czyli niezmienny). Ten wynalazek dał zegarmistrzom nowe możliwości. Podobnie jak odkryty w 1919 r., także przez Guillaume’a, nowy stop o nazwie elinwar (stal stopowa niklowo-chromowa zawierająca też wolfram, mangan, krzem i żelazo), za który w 1920 r. dostał nagrodę Nobla. Elinwar miał tę zaletę, że był niemagnetyczny, odporny na korozję i miał dobrą sprężystość, więc nadawał się do produkcji sprężyn włosowych.

Oba stopy odkryte przez Guillaume’a nie były bez wad, dlatego nie mogły całkowicie zastąpić stali stosowanej do produkcji balansu i sprężyny balansu. W związku z tym, badania i eksperymenty nad stworzeniem odpowiednich materiałów trwały nadal. Niektórzy producenci sporo czasu poświęcali na poszukiwanie odpowiedniej ochrony antymagnetycznej. Przykładem może być firma Non-Magnetic Watch Company, w której udziały miał wspomniany Charles-Auguste Paillard. Na wytwarzanych przez tę firmę zegarkach kieszonkowych widniała między innymi sygnatura „Paillard’s patent”, ponieważ do wykonania sprężyn włosowych wykorzystywano stopy opracowane przez Paillarda. I choć Non-Magnetic Watch Company nie odegrała większej roli we współczesnej historii zegarków, warto poświęcić jej kilka zdań. Firma powstała dzięki niemieckiemu biznesmenowi Karlowi W. Wardowi z Drezna, który słysząc o wynalazku Paillarda namówił Szwajcara do współpracy. Do duetu Ward-Paillard dołączył Louis Bornand, były dyrektor w firmie Henry Capt & Co. z Genewy.

Wspólnie, w styczniu 1886 r. zarejestrowali w Detroit spółkę Geneva Watch Co. z kapitałem zakładowym w wysokości 50 000 USD, a miesiąc później firma zaczęła już działać (zegarki produkował w Genewie Bornand). Pierwsze zamówienie na 34 zegarki Geneva Watch dostała bardzo szybko, bo już 23 lutego 1886 r. 16 marca wspólnicy podpisali nową umowę, zmienili nazwę firmy na Geneva Non-Magnetic Watch Co. i zarejestrowali ją w Nowym Jorku (wtedy za produkcję zegarków odpowiadali już Paillard i Bornand). Rok później, powstała filia Non-Magnetic Watch Co. of America, która miała za zadanie promować produkowane przez firmę zegarki jako amerykańskie (cieszyły się świetną reputacją). W 1889 roku Non-Magnetic Watch Co. pokazał swoje zegarki na wystawie w Saint-Louis, a cztery lata później na światowej wystawie w Chicago, w której udział wzięło 70 000 wystawców z 46 krajów. Wśród oferowanych modeli były też skomplikowane zegarki kieszonkowe, jak ten pokazany na zdjęciu:

Niestety, firma nie istniała zbyt długo: po śmierci Paillarda w 1895 r., kupił ją amerykański hurtownik A. C. Becken z Chicago. Zaraz po przejęciu udziałów, Becken podpisał umowę z Illinois Watch Co. na produkcję amagnetycznych mechanizmów i oferował je później pod szyldem marki Non-Magnetic Watch Co. of Chicago, USA. Jednak nie udało mu się zawojować branży i w końcu firma przestała istnieć.

Wracając do patentu Paillarda: takie samo rozwiązanie stosowała w swoich zegarkach amerykańska firma Waltham oraz szwajcarska marka IWC. Ta pierwsza była w drugiej połowie XIX wieku największym producentem antymagnetycznych zegarków w średniej i wyższej klasie cenowej. Z kolei IWC, wykorzystując stop Paillarda, w 1888 r. pochwaliła się dwoma antymagnetycznymi mechanizmami (16- i 19-liniowym) z balansami, sprężynami włosowymi i kołami wychwytowymi zrobionymi z palladu.

Pod koniec XIX wieku, w większości sprzedawanych mechanizmów istniała możliwość późniejszego montażu sprężyn włosowych i części wychwytu wykonanych z antymagnetycznych materiałów, co bardzo ułatwiało producentom wytwarzanie zegarków odpornych na działanie pól magnetycznych.

Pallad, brąz i dodatkowa koperta

Niektóre firmy miały własną koncepcję na rozwiązanie problemu magnetyzmu. Przykładem może być marka Vacheron Constantin, która w 1846 roku stworzyła swój pierwszy zegarek kieszonkowy z amagnetycznymi elementami (sprężyna włosowa, balans i kotwica były zrobione w nim ze specjalnych stopów brązu). Na tym jednym zegarku się nie skończyło. W 1885 roku firmie udało się wyprodukować zegarek, w którym już cały zespół wychwytu był odporny na działanie pól magnetycznych. W czym tkwiła tajemnica tej odporności? Otóż balans, sprężyna włosowa i koło wychwytowe powstały ze stopu zawierającego pallad, natomiast kotwica z brązu, a jej ramiona ze złota. Vacheron Constantin to jedna z niewielu firm, dla których bardzo ważna była sprawa rozwiązania problemów związanych z negatywnym wpływem pól magnetycznych na działanie mechanizmów. Dlatego co jakiś czas wprowadzała kolejne udoskonalenia, na przykład pierwszy na świecie antymagnetyczny chronometr kieszonkowy (1915 r.). Później, w latach 50. XX wieku Vacheron Constantin wyprodukował model ze stoperem, którego mechanizm zabezpieczono specjalną konstrukcją wykonaną z miękkiej, antymagnetycznej stali.

Od lat 30. XX w. fascynacja nowymi rozwiązaniami technicznymi i innowacjami miała też wpływ na większe zainteresowanie problemem magnetyzmu. Niektóre marki chwaliły się osiągnięciami w tej dziedzinie. Na przykład firma Tissot, która od 1930 r. produkowała zegarek Antimagnétique. W prezentowanej reklamie z 1933 r. w obrazowy sposób pokazano wyjątkowe właściwości czasomierza, którego mechanizm był zabezpieczony przed niekorzystnym wpływem pól magnetycznych.

Wróćmy jednak do nowych sposobów radzenia sobie z magnetyzmem w zegarkach.

W poszukiwaniu alternatywnych rozwiązań, producenci nie ograniczali się wyłącznie do eksperymentowania z nowoczesnymi materiałami, z których były zrobione części mechanizmu. Równolegle, trwały prace nad stworzeniem konstrukcji, która chroniłaby cały mechanizm przed działaniem pól magnetycznych. Jednym ze sposobów okazała się dodatkowa koperta z miękkiej, antymagnetycznej stali. Istniało wiele pomysłów na to, w jaki sposób przy wykorzystaniu miękkiej stali można ochronić mechanizm. Tym najbardziej popularnym było zastosowanie dodatkowej, wewnętrznej koperty osłaniającej werk. Skuteczną ochronę antymagnetyczną tworzyła też koperta w całości zrobiona z miękkiej, antymagnetycznej stali. Jednak w przypadku tego rozwiązania pojawił się pewien problem: taki materiał szybko korodował, więc koperta musiała być dodatkowo pokryta niklem.

Pod koniec lat 40. XX wieku konstruktorzy z firmy IWC zdecydowali się na zastosowanie dodatkowej, wewnętrznej koperty zrobionej z miękkiej, antymagnetycznej stali. W tamtym czasie była to zupełnie nowa koncepcja, a przetestowano ją na legendarnym już dziś modelu Mark XI, stworzonym dla brytyjskiej Royal Air Force (był oficjalnym zegarkiem pilotów RAF do początku lat 80. XX wieku). Wprawdzie koncepcja dodatkowej koperty była nowa, lecz teoria, na której się opierała nowością już nie była. IWC wykorzystał tzw. klatkę Faradaya wymyśloną i skonstruowaną w 1836 roku przez angielskiego fizyka Michaela Faradaya.

Czytaj dalej: Ochrona antymagnetyczna w zegarkach (część 2).

Artykuł jest częścią cyklu „Dzieje zegarmistrzostwa”.