Ogólna budowa i zasada działania zegarka mechanicznego

Na początek, zanim zdefiniujemy jak działa zegarek mechaniczny, dla porządku i precyzji krótko zajmiemy się pojęciem czasomierza. Sami używamy tego określenia zamiennie ze słowem „zegarek” tylko i wyłącznie ze względów estetycznych, żeby ładniej wyglądał tekst i zbyt często nie powtarzać tego samego wyrazu. Merytorycznie jednak określenia te nie są do końca tożsame. Zegarek służy do ciągłego pomiaru i wskazywania czasu. Czasomierz natomiast mierzy czas w odcinkach i jest uruchamiany tylko w celu wykonania określonego pomiaru. Podsumowując, czasomierzem nazwiemy np. stoper, chronograf. Przyjmijmy jednak kosztem poprawnej terminologii (w imię estetyki), iż słów zegarek i czasomierz będziemy używali zamiennie. Tyle spraw porządkowych. Jak więc działa zegarek mechaniczny? Zasada nie jest prosta do sformułowania jednak na potrzeby zrozumienia zagadnienia, postaramy się opis częściowo uprościć.

Działanie zegarka mechanicznego oparte jest na energii zmagazynowanej w napędzie, która następnie zamieniana jest na ruch obrotowy i poprzez przekładnie oraz wychwyt przekazywana do regulatora. Z kolei za dostarczanie energii do napędu odpowiada naciąg. Dokonując więc syntetycznego wyszczególnienia zespołów mechanizmu mamy:

naciąg —> napęd —> przekładnia napędu —> przekładnia chodu —> wychwyt —> regulator

Z przekładnią chodu współpracuje dodatkowo przekładnia wskazań o czym za chwilę. Podstawowy podział zegarków mechanicznych ze względu na naciąg, przebiega w oparciu o naciąg manualny lub automatyczny. Z naciągiem manualnym mamy do czynienia wówczas, gdy dostarczanie energii niezbędnej do pracy zegarka odbywa się poprzez przekręcanie główki (zwanej też koronką) osadzonej na wałku naciągowym. Powoduje to obrót sprzęgnika (dociskanego za pośrednictwem wodzika), który to sprzęgnik połączony jest z zębnikiem naciągowym. Zębnik naciągowy współpracuje z kołem naciągowym natomiast koło naciągowe poprzez koło zapadkowe obraca wałek sprężyny znajdującej się w bębnie naciągając tym samym sprężynę. W taki sposób dostarczana jest energia z naciągu manualnego do napędu.

Napęd: wałek sprężyny, sprężyna, pokrywka bębna, bęben.

Przekładnia napędu: koło bębna (napędowe), zębnik minutowy.

W przypadku naciągów automatycznych czerpiących energię z ruchów ręki lub rotomatu, konstrukcja mechanizmu komplikuje się. Wymaga bowiem zastosowania wahnika, który za pośrednictwem przekładni obraca sprężynę w bębnie. Stopień skomplikowania rzeczonej przekładni zależny jest od konstrukcji naciągu, który szczegółowo omówimy w kolejnych działach naszej encyklopedii. Podzespół naciągu należy jeszcze uzupełnić o zapadkę oraz sprężynę zapadki. Ich zadanie polega na zabezpieczeniu przed niekontrolowanym ruchem wałka w momencie, gdy sprężyna jest już naciągnięta. W rzeczonym wałku ustalony jest wewnętrzny koniec sprężyny. Z kolei zewnętrzny zaczep usytuowany jest na ściance bębna i determinuje jego ruch. W taki oto sposób doszliśmy do przekładni napędu. Tworzy ją koło napędowe oraz zębnik minutowy. Ruch bębna powoduje jednocześnie ruch koła napędowego współpracującego z zębnikiem minutowym przekazującym energię do przekładni chodu oraz przekładni wskazań.

Przekładnia chodu: koło minutowe, zębnik pośredni, koło pośrednie, zębnik sekundowy, koło sekundowe, zębnik wychwytowy.

Przekładnia wskazań: ćwiertnik, koło zmianowe, zębnik zmianowy, koło godzinowe.

Zębnik minutowy ustalony jest w osi koła minutowego zazębiającego się z zębnikiem pośrednim. Z kolei na zębniku pośrednim zanitowane jest koło pośrednie współpracujące z zębnikiem sekundowym. W osi zębnika sekundowego znajduje się koło sekundowe, które porusza zębnik wychwytowy. Tutaj na chwilę zatrzymamy się, aby nawiązać do przekładni wskazań. Opis przekładni napędu oraz chodu dotyczy tego, co moglibyśmy zobaczyć od strony dekla gdyby mostki nic nie zasłaniały. Patrząc jednak od strony tarczy, zębnik minutowy przechodzi w oś minutową zakończoną ćwiertnikiem, który poprzez koło zmianowe i zębnik zmianowy porusza koło godzinowe. Natomiast na czopie zębnika sekundowego od strony tarczy osadzona jest wskazówka sekundowa. Pozostałe wskazówki osadzone są na ćwiertniku oraz tulejce koła godzinowego.

Wychwyt, regulator

Napęd za pośrednictwem przekładni napędu oraz przekładni chodu dostarcza energię do wychwytu, który pełni jedną z najistotniejszych ról w pomiarze czasu. Otóż wychwyt naprzemiennie zatrzymuje oraz zwalnia obroty ostatniego koła przekładni chodu, a wszystko odbywa się w ścisłym powiązaniu z pracą regulatora. Wychwyt ma więc do spełnienia dwojakie zadanie – jest przekaźnikiem impulsów energii z napędu umożliwiając tym samym działanie regulatora, a ponadto powstrzymuje mechanizm od ciągłej pracy (w sensie dosłownym). W osi zębnika wychwytowego ustalone jest koło wychwytowe, które za pośrednictwem palet osadzonych w kotwicy oraz przerzutnika i palca przerzutowego współpracuje z regulatorem (dotyczy wychwytów kotwicowych o czym dalej). Regulator natomiast jest sercem mechanizmu na który składa się koło balansowe, oś balansu, włos, pierścień włosa oraz klocek włosa.

foto: wikipedia
Foto: Wikipedia

Jest to rzecz jasna podstawowy opis konstrukcji, bo komplikacje typu tourbillon stanowią rozszerzenie zagadnienia i wchodzą w tematykę wielkich komplikacji. Z kolei w zegarach rolę regulatora pełni wahadło do którego krótko nawiążemy przy okazji opracowania poświęconego regulatorom. Dlaczego regulator jest sercem? Odpowiedź jest prosta – to właśnie regulator stanowi krytyczny element w realizacji podstawowej funkcji zegarka jaką jest precyzyjny pomiar czasu. Początkowy opis konstrukcji mechanizmu koncentrował uwagę w obrębie gromadzenia energii na poziomie napędu, a także jej dostarczania za pośrednictwem przekładni napędu oraz chodu do wychwytu i przekładni wskazań. Regulator niejako urealnia tę energię w postaci odczuć jakie towarzyszą użytkownikowi zegarka, gdy porównuje wskazania z godziną prezentowaną przez serwery czasu. Z wzorcową sytuacją mielibyśmy do czynienia wówczas, gdyby regulator w idealnie równych odstępach czasu za pośrednictwem wychwytu uwalniał przekładnię chodu powodując jednakowy obrót kół. Wówczas mówilibyśmy o izochronicznych wahnięciach koła balansowego. O tym dlaczego jest to trudne, a wręcz niemożliwe do osiągnięcia, przeczytacie w kolejnych częściach artykułu.

Mamy nadzieję, że udało nam się choć trochę zainteresować Was tematyką konstrukcji mechanizmów. Kolejne opracowania stanowią przejście od ogółu do szczegółu, w których tematyka zespołów zegarka mechanicznego zostanie rozszerzona obszernymi opisami z krótkim uwzględnieniem rysu historycznego.