Περί “ακρίβειας” των μηχανικών ρολογιών…

1ο Μέρος

Εισαγωγή.

Βασική ιδιότητα που πρέπει να έχει ένα ρολόι – ως μηχανισμός που μετρά τον χρόνο- είναι η ακρίβεια του. Σε αυτό το άρθρο λοιπόν – και σε άλλα που θα ακολουθήσουν- θα προσπαθήσουμε να εμβαθύνουμε λίγο στους παράγοντες που καθορίζουν και επηρεάζουν αυτή την ιδιότητα.

Μιλώντας για “ακρίβεια”, δύο έννοιες που πρέπει να ξεκαθαρίσουμε, είναι οι accuracy και precision. Δυστυχώς, η εύκολη μετάφραση στα ελληνικά και των δυο λέξεων είναι “ακρίβεια” , και αυτό περιπλέκει λίγο τα πράγματα…

Accuracy είναι το κατά πόσο ένας μηχανισμός αποκλίνει από μια σταθερή μέτρηση. Λέμε πχ “το ρολόι μου κερδίζει 5 δευτερόλεπτα την ημέρα” και φυσικά αυτά τα πέντε δευτερόλεπτα είναι σε σχέση με μια ώρα αναφοράς (ατομικά ρολόγια κτλ.). Εάν το ρολόι αυτό, τα 5 δευτερόλεπτα τα κερδίζει και την επόμενη μέρα, και την μεθεπόμενη ( πάντα φυσικά με όσο το δυνατόν ίδιες συνθήκες λειτουργίας) , τότε μιλάμε για Precision ή όπως θα μπορούσαμε να το αποδώσουμε ακριβέστερα ΣΥΝΕΠΕΙΑ.

Φυσικά, το απολύτως επιθυμητό θα ήταν ένας μηχανισμός να ήταν και accurate και precise, όμως αυτό δεν συμβαίνει πάντα...

Στην σημερινή εποχή, που ως επί το πλείστον οι μηχανισμοί είναι μαζικής παραγωγής, η “ακρίβεια” τους εξαρτάται κυρίως από τον σωστό και μελετημένο σχεδιασμό, την επιλογή κραμάτων με ιδιαίτερες ιδιότητες και από την “ποιότητα” της γραμμής συναρμολόγησης. ( εργαλειομηχανές ικανές να επεξεργαστούν με απειροελάχιστες ανοχές τα εξαρτήματα).

Οι παράγοντες που επηρεάζουν την ακρίβεια.

Ο μηχανισμός ενός μηχανικού ρολογιού είναι ένα μικροσκοπικό αλλά περίπλοκο σύστημα εξαρτημάτων τα οποία, σε απόλυτη αρμονία, λειτουργούν ομαλά. Τα εξαρτήματα αυτά, ντελικάτα όπως είναι (ειδικά αυτά του μηχανισμού διαφυγής),
επηρεάζονται από εξωτερικούς παράγοντες, όπως κραδασμοί, υγρασία, μεταβολές θερμοκρασίας… Όμως την σημαντικότερη επιρροή την έχει η θέση του ρολογιού, είτε στον καρπό , είτε εκτός καρπού. Η θέση του ρολογιού καθορίζει το πώς η βαρύτητα επηρεάζει τα κινούμενα μέρη του μηχανισμού και ειδικότερα το σύστημα διαφυγής (escapement).
Με άλλα λόγια, η χρονομετρία του ρολογιού μεταβάλλεται ανάλογα με την θέση του. Όπως πχ εάν είναι “ξαπλωτό” (dial up) ή στο πλάι (crown up/down). Αυτή η αλλαγή στην χρονομετρία ανάλογα με την θέση ονομάζεται “positional error” ή στα ελληνικά, σφάλμα θέσης ( δεν ξέρω εάν το αποδίδω σωστά ).
Αυτό το positional error, εκτός από την θέση, επηρεάζεται και από το εύρος ταλάντωσης του μπαλανσιέ (balance wheel), γνωστό και ως “amplitude”, το είδος και τύπο της Τρίχας (hairspring), και το “ζύγισμα” του μπαλανσιέ. Όλα αυτά είναι αλληλένδετα και πρέπει να είναι σωστά ρυθμισμένα, έτσι ώστε το ρολόι να έχει όσο το δυνατόν μικρότερο positional error.

Πώς όμως η θέση- και συνεπώς η βαρύτητα- επηρεάζει το μπαλανσιέ ειδικότερα ?
O άξονας του μπαλανσιέ στηρίζεται σε “κουζινέτα” σε κάθε του άκρη ( τα γνωστά μας jewels). Κάθε κουζινέτο έχει και ένα “καπάκι” (end stone), που σκοπό έχει να περιορίζει την αξονική μετατόπιση αλλά και να συγκρατεί το λιπαντικό.

Όταν λοιπόν το ρολόι και άρα και ο μηχανισμός του βρίσκεται σε οριζόντια θέση, ο άξονας του μπαλανσιέ ακουμπά και στηρίζεται μόνο στο “καπάκι”, συνεπώς η επιφάνεια επαφής είναι η ελάχιστη, προφανώς και οι τριβές θα είναι οι ελάχιστες. Όταν το ρολόι είναι στο πλάι, η επιφάνεια επαφής του άξονα με το κουζινέτο είναι πολύ μεγαλύτερη και άρα και οι τριβές αυξάνονται, με άμεση επίδραση ΤΗΝ ΜΕΙΩΣΗ ΤΟΥ ΕΥΡΟΥΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗΣ, με αποτέλεσμα διακύμανση στην χρονομετρία.

Οι διακυμάνσεις που προκαλούν οι τέσσερις κάθετες θέσεις, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά την ρύθμιση του μηχανισμού.
Θα δείτε πολλές φορές μια καλίμπρα να αναγράφει σε πόσες θέσεις έχει ρυθμιστεί από τον κατασκευαστή. Οι πιο “προσεγμένες” και καλορυθμισμένες διαφημίζουν ότι έχουν ρυθμιστεί σε έξι θέσεις, ενώ οι 5 θέσεις θεωρούνται ως η ιδανική ρύθμιση σε σχέση και με το κόστος.

Στα παρακάτω σχέδια φαίνεται επίσης πώς εδράζεται ένας άξονας στα “κουζινέτα” (κόκκινο χρώμα), αλλά και η θέση που υπάρχει λιπαντικό, για μείωση των τριβών ( κίτρινο χρώμα) :

Η επίδραση της θερμοκρασίας

Άλλος ένας παράγοντας που επηρεάζει την ακρίβεια, είναι οι θερμοκρασιακές μεταβολές. Παλιότερα, τότε που οι ωρολογοποιοί είχαν λιγοστά και συγκεκριμένα μέταλλα για να φτιάξουν τα εξαρτήματα τους, έπρεπε να αντιμετωπίσουν και την επίδραση που είχε η θερμοκρασία- ειδικά στο ελατήριο του μπαλανσιέ (hairspring). Επειδή τα ελατήρια φτιάχνονταν από σίδηρο τότε, κάθε αλλαγή στη θερμοκρασία τους άλλαζε και την συμπεριφορά τους (αύξηση θερμοκρασίας= μείωση ελαστικότητας) με άμεσο αντίκτυπο στην χρονομετρία. (Αλλιώς “έτρεχε” το ρολόι μια ζεστή μέρα, και αλλιώς μια κρύα χειμωνιάτικη, για να το πούμε απλά).

Η λύση που βρέθηκε τότε ήταν η χρήση διμεταλλικών ελασμάτων στον Τροχό, με κάποιες ρυθμιστικές βίδες στα άκρα τους, αλλά η ρύθμιση που μπορούσε να γίνει αφορούσε μόνο σε δύο “ακραίες” θερμοκρασίες : 8 και 30 βαθμούς Κελσίου. Στις ενδιάμεσες θερμοκρασίες, η συμπεριφορά του μπαλανσιέ δεν γινόταν να ρυθμιστεί και έτσι παρέμενε πάντα το “σφάλμα της μέσης θερμοκρασίας” (“middle temperature error“), το οποίο σφάλμα χαρακτηρίστηκε τότε και ως ” η Κατάρα των Ρυθμιστών”…

Με την πάροδο των χρόνων και την εξέλιξη της μεταλλουργίας, νέα κράματα δημιουργήθηκαν, με αποτέλεσμα την σημερινή εποχή η επίδραση της θερμοκρασίας να είναι αμελητέα σε έναν ποιοτικό μηχανισμό. Βέβαια, ένας μηχανισμός για να πάρει πιστοποίηση χρονομετρίας (COSC πχ) θα ελεγχθεί για την συμπεριφορά του σε διαφορετικές θερμοκρασίες ( 8, 23, 38 °C) και αυτό αναγράφεται πάνω στην μηχανή.

Έχοντας βρεί τρόπους να αντιμετωπίσουν τις θερμοκρασιακές μεταβολές αλλά και τις εναλλαγές στην θέση του μηχανισμού, οι κατασκευαστές έστρεψαν την προσοχή τους στο “ζύγισμα” του συστήματος διαφυγής. Φαντάζομαι πως οι περισσότεροι όταν αλλάζουν λάστιχα στο αυτοκίνητο τους κάνουν και μια ζυγοστάθμιση στους τροχούς…και ίσως μάλιστα έχουν δεί και πώς αυτή γίνεται: ο τεχνίτης προσθέτει μικρά βάρη στην περιφέρεια της ζάντα, σύμφωνα με τις υποδείξεις του μηχανήματος.

Κάτι αντίστοιχο γίνεται και στο τροχό του συστήματος διαφυγής του ρολογιού.
Ένας “ζυγισμένος” τροχός είναι αυτός που το κέντρο βάρους του είναι συμπίπτει όσο το δυνατόν περισσότερο με το κέντρο του άξονα του. Όταν δεν συμβαίνει αυτό, η ταλάντωση που κάνει ο τροχός δεν είναι ομαλή, με επίπτωση στην χρονομετρία, ειδικά στις κάθετες θέσεις.
Οι σύγχρονες μηχανές κατασκευής εξαρτημάτων, παράγουν τροχούς πολύ κοντά στην ιδανική ισορροπία, όμως στις καλές μηχανές, είναι πάντα απαραίτητη η ανθρώπινη παρέμβαση. ( Για παράδειγμα, ένας τροχός για μηχανή Grand Seiko 9S, φεύγει από τα χέρια του τεχνίτη που τον ζυγίζει, με απόκλιση στο βάρος του της τάξης του 1/10000ό του γραμμαρίου!)

Παραδοσιακά, το ζύγισμα απαιτεί την χρήση ειδικού εργαλείου όπως αυτό της εικόνας :

Σε αυτό τοποθετείται ο τροχός και κυλά μέχρι να σταματήσει με το βαρύτερο σημείο του προς τα κάτω. Κατόπιν, ο τεχνίτης αφαιρεί υλικό από την περιφέρεια του τροχού, μέχρι αυτός να μην σταματά στο ίδιο σημείο κάθε φορά.

Αυτό ονομάζεται στατική ζυγοστάθμιση και ως επί το πλείστον είναι αρκετή για να επιτευχθεί σωστή λειτουργία του συστήματος διαφυγής. Ενίοτε όμως γίνεται και “δυναμική ζυγοστάθμιση”.

Αυτή γίνεται αφού τοποθετηθεί το ελατήριο (hairspring) στον τροχό (balance wheel), με σκοπό να διορθώσει την όποια επίδραση μπορεί να έχει το hairspring στην ισορροπία του συστήματος.

Συνεχίζεται……