Часовые камни. Что такое часовые камни, зачем они нужны Как сверлить рубин для часов

Камни в часовом механизме используются для стабилизации трения и увеличения срока эксплуатации контактирующих элементов.

Источником энергии в любом часовом механизме является пружина, которая внешне напоминает стальную плоскую ленту. Когда часы заводят, она скручивается и вбирает энергию. Второй конец пружинной ленты крепится к барабану, который и передает энергию на шестеренки, создающие колесную систему, обеспечивающую передачу энергии. Скорость вращения шестеренок контролируется благодаря наличию спускового механизма, состоящего из множества подвижных элементов, установленных на осях.

Любой механизм, включающий вращающиеся оси, нуждается в минимизации трения подвижных элементов об основу. Чем меньшим будет трение, тем дольше часы смогут работать без завода и тем дольше прослужат детали. В любом другом механизме можно было бы использовать подшипники, но в часах применяются те самые камни. Они не боятся износа и коррозии, а отшлифованная поверхность камня в течение долгого времени остается идеально ровной и чистой. Кроме того, часовые камни продлевают срок службы механизма, так как трение камня о металл не так сильно влияет на состояние механизма, как трение двух металлических элементов.

Отдельного внимания заслуживает импульсный камень, который устанавливается на маятнике и постоянно ударяет по рожку анкерной вилки. Импульсный камень должен быть особенно износостойким.

Какие камни используются в механизме часов?

Натуральные алмазы и рубины в своих наручных часах используются только производители изделий премиум-класса и то обычно только в лимитированных сериях или в моделях, выполняемых по заказу. Преимущественно камни в часах - это искусственные сапфиры и рубины. Некоторые производители часов, например Seiko, даже имеют отдельные подразделения, специализирующиеся только на подготовке камней для часов. К слову, искусственные камни даже лучше справляются со своими задачами, так как имеют более равномерную структуру и не содержат примесей.

Количество камней в часах

Сразу стоит пояснить, что если в одних часах установлено 17 камней, а в других 40, то это не значит, что вторые лучше первых в 2 раза. В часах с автоподзаводом и тремя стрелками устанавливается максимум 25 камней, больше не получится установить даже при огромном желании. Большее число камней используется только в часах с хронографами и другими сложными механизмами. Впрочем, некоторые производители, стараясь привлечь внимание покупателя, намеренно устанавливают камни в тех местах, где в них нет необходимости.

Современные производители механических часов используют камни четырех назначений:

• Сквозные (принимают радиальные нагрузки в осевых опорах).
• Накладные (снижают трение на торцах осей).
• Импульсивные (передают энергию к балансу).
• Паллеты (обеспечивают нормальную работу анкерной вилки).

Основа любых наручных часов - это сквозные камни, которых должно быть не менее двенадцати. Каждый сквозной камень имеет небольшое углубление, предназначенное для часового масла. Общепринятый стандарт указывает на то, что в часах должно быть установлено не менее 17 камней, хотя в последние годы явно наметилась тенденцию к использованию 21 камня, что положительно сказывается на износостойкости механизмов.

Часовые камни

Камни - термин, применяемый для обозначения часовых деталей, изготовленных из драгоценных камней, синтетических или, реже, натуральных. Наручные механические часы хорошего качества имеют 15-17 камней: два палетных, один - импульсный на импульсном ролике баланса, по два - подшипники и опоры на оси баланса, анкера, секундного и промежуточного колёс и т. д. Более дорогие часы имеют большее количество камней. Использование палет, импульсных камней, опор для цапф и осей из искусственного рубина уменьшает потери энергии на трение и износ деталей.

Часовые камни по назначению разделяют на две группы:

• 1. Функциональные - если они служат для стабилизации трения или уменьшения скорости изнашивания контактирующих поверхностей деталей. К функциональным камням относят:

камни с отверстиями, служащие радиальными или осевыми опорами; камни, способствующие передаче силы или движения; несколько камней (например, шариковые муфты для механизма подзавода), объединенные в один функциональный камень независимо от числа камней.

• 2. Нефункциональные - декоративные камни. К ним относят: камни, закрывающие камневые отверстия, но не являющиеся осевой опорой; камни, служащие опорой часовых деталей (например, барабанное, передаточное колесо и т. п.)

При маркировке указывают только число функциональных камней или функциональных камневых опор. Изготовляют часовые камни из искусственного рубина.

Опорами (подшипниками) для вращающихся осей точек //- VII служат рубиновые камни. Число камней в известной степени определяет качество часов. Часы наручные без дополнительных устройств имеют 15-17 камней, с дополнительными устройствами 21-23 камня, а в некоторых сложных конструкциях до 29 камней. Число камней в наручных часах К-2609 (см. рис. 129) равно 19. Применение рубиновых камней в часах обусловлено тем, что при передаче очень малых моментов на ходовое колесо, а затем на баланс, потери на трение у передающих пар должны быть минимальными; например, на оси барабана тех же наручных часов при полной заводке пружины момент равен 8,56 Н-мм, а момент на оси ходового колеса при i = 3600 равен всего 0,002 Н-мм, т. е. общий коэффициент полезного действия передающих пар тЬбЩ = 0,84 или одной зубчатой пары г\ = 0,96.

Из всех минералов и металлов рубин имеет наименьший коэффициент трения (в паре со сталью), равный 0,12-0,15. В процессе эксплуатации этот коэффициент становится еще меньше, достигая в некоторых случаях 0,08. В табл. 24 приведены типы камней, нормализованных ГОСТ "7137-73.

Тип камней СЦ, СЦБМ и СН применяют для цапф оси центрального колеса и последующих осей, включая ось анкерной вилки; тип камней СС, НП и Н - для узла баланса, анкера и ходового колеса; тип камней П и ПВ - палеты входа и выхода анкерной вилки и тип камней И - импульсный камень двойного ролика баланса. Камни типа СЦ2М применяют в опорах центрального триба.

В часах повышенной точности и 1-го класса в узле анкерной вилки применяются четыре балансовых камня. Камни изготовляют с шероховатостью рабочих поверхностей 11-13-го классов и допуском на размеры 0,005-0,01 мм. Габаритные размеры камней очень малы. Рубин имеет высокую твердость, но и повышенную хрупкость. Для его обработки применяют алмазный инструмент. В табл. 25 приведены величины зазоров сопрягаемых деталей.

Этот материал обладает высокой твердостью и износостойкостью, хорошо обрабатывается, поддается полированию. Камни из искусственного рубина не окисляют и не разлагают часовое масло. Кроме того, этот материал имеет красивый внешний вид.

Из камней изготовляют палеты, импульсные камни, а также опоры для цапф трибов и осей.

Часовые камни длительное время могут удерживать смазку, обеспечивая стабильную работу часового механизма. В часовом механизме применяют камни различной формы и размеров: накладные, сквозные, палеты, импульсные (эллипсы).

Накладные камни применяют в качестве подпятников для снижения трения в опорах. Их ставят с обеих сторон оси баланса. Иногда накладные камни применяют и в качестве подпятников для осей анкерной вилки, анкерного триба и т. п. Сквозные камни различной формы используют как подшипники для цапф осей и трибов. Цапфы трибов и осей колесной системы и механизма хода, как правило, имеют опорное заплечико, поэтому в сквозных камнях для них имеется цилиндрическое полированное отверстие.

Цапфы оси баланса, который совершает большое количество колебаний (432 000 полуколебаний в сутки), не имеют заплечика, поэтому в сквозных камнях для них отверстие имеет не цилиндрическую, а скругленную форму, так называемый оливаж (рис. 22, г). ???

Во всех сквозных камнях есть специальное углубление, масленка, в которой удерживается часовое масло. Чтобы камни не раскалывались, при запрессовке в сквозных камнях выполняют заходную фаску пулевидной формы. Усилие запрессовки увеличивается постепенно.

Палеты анкерной вилки также изготовляют из искусственного рубина. Палеты имеют форму прямоугольной призмы. По углу, образованному плоскостью импульса и плоскостью основания, они делятся на палеты входа с более тупым углом и палеты выхода с менее тупым углом. Заходная фаска палеты выхода находится против плоскости покоя, а заходная фаска палеты входа - на плоскости покоя.

Импульсный камень (эллипс) представляет собой цилиндрический штифт с сечением в виде срезанного эллипса. В часах он осуществляет взаимодействие баланса с анкерной вилкой.

В часах с обычной кинематической схемой применяется, как правило, от 15 до 17 камней. Изменение кинематической схемы и введение различных дополнительных устройств в часах увеличивает число камней, в некоторых конструкциях оно достигает 29 и более.

Наличие и количество камней – наиболее распространенный вопрос, который возникает при выборе наручных часов. Сведения о том, сколько камней содержится в часах, обычно располагаются на циферблате или на корпусе изделия. Стандарт NIHS 94-10, указывающий на присутствие самих камней и необходимой маркировки, был принят еще в 1965г. швейцарскими учеными. Разберемся подробнее, зачем нужны камни и сколько их необходимо.

Где используются камни

Согласно принятому определению, камни в механизме часов необходимы для того, чтобы стабилизировать трение, снижая тем самым износ поверхностных элементов механизма, контактирующих между собой. На деле, если рассмотреть подробно работу тонкого механизма, камни служат подшипниками для цапф осей. Они не настолько призваны уменьшать трение, как увеличивать долговечность осевых опор в механизме. Предпочтение камням, а не металлу отдано потому, что первые не подвергаются коррозии. А при правильной и тонкой шлифовке, можно получить идеальную и вечную деталь.

Кроме опор, камни служат для изготовления паллетов анкерной вилки и «импульсных камней». Эти две детали также подвергаются большой нагрузке. Использование камней в часах стало настоящей находкой для мастеров тонкого дела 18-го века.

Какие камни бывают

В производстве часов применяют камни 4-х типов: накладные, сквозные, импульсивные и паллеты. Основой часов являются сквозные камни. Их минимальное необходимое количество составляет 12 штук. В каждом сквозном камне есть специальное углубление, в котором содержится часовое масло.

Сколько камней должно быть в часах

Согласно принятым стандартам, в механических часах должно содержаться 17 камней. Реже, согласно конструкторской схеме, камень в месте наименьшего трения могут заменить латунным подшипником. В таком случае, на часах будет маркировка «16 камней». С каждым дополнительным усложнением часов – секундомер, календарь, автоподзавод и т.д., увеличивается количество камней.

В маркировке все чаще встречается 21 камень. Это делается с целью повышения долговечности механизма.

Если в маркировке указано завышенное количество камней (50, 80 или 100), это означает, что большинство из них применяется в качестве декоративных. Разумное, но небольшое увеличение количества камней может быть только в часах с особенными функциями (лунный календарь, запас хода) или непривычной конструкцией (ультратонкие).

Механизм швейцарских часов - это святая святых механических часов, куда непосвященным вход строго запрещен. С использованием камней в калибре часов связаны многие мифы. Например, раньше считалось, что количество камней влияет на качество хода. Так ли это на самом деле и почему эти камни называют драгоценными - попытаемся прояснить в сегодняшней статье. Главным вопросом, лежащим на поверхности, остается роль камней в механизмах. Ведь ни одна маркировка без указания количества камней внутри калибра.

Каждый часовой мастер без заминки ответит, что камни в часах нужны для того, чтобы стабилизировать трение и снизить степень износа соприкасающихся поверхностей механизма. Стандарт NIHS 94-10 о функции камней в механизме был принят в Швейцарии в 1965 году.

Механизм часов и минеральные подшипники

Механизм часов устроен таким образом, что основные его оси постоянно находятся под нагрузкой: заводная пружина заставляет их вращаться, а регулятор спирали сдерживает это вращение. На опору баланса приходится самая большая работа: помимо возвратно-поступательных движений на ней крепится довольно увесистый баланс. Место соединения оси с платиной – неподвижной частью механизма – подвергается сильному трению, и для его стабилизации в устройстве швейцарских часов используются специальные подшипники.

Известно, что коэффициент трения закаленной стали и рубина точно такой же, как в паре стали с латунью. Зачем же часовщики применяют драгоценные минералы в механизмах швейцарских часов? Цапфы осей, которые вставляются в подшипник, очень малы в диаметре и составляют всего сто микрон. Поэтому камни в часах нужны скорее для увеличения долговечности опор осей в механизме, где уменьшение трения является естественным решением вопроса. Преимущества камня перед металлом очевидны: он не окисляются и не коррозирует, а отшлифованная каменная поверхность будет дольше сохранять свою форму. Камни лучше справляются с нагрузкой от ударов о рожки анкерной вилки и с давлением выступов анкерного колеса.

Впервые использовать драгоценные камни в механизме часов предложил Джордж Грэм, основатель часовой мануфактуры Graham . В 1713 году Грэм изобрел свободный анкерный спуск, который используется и в наши дни. Руке Грэма принадлежит создание более трех тысяч экземпляров карманных часов, и в каждых из них содержатся рубиновые подшипники. Начиная с 1725 года можно было в калибре.

Рубины в часах и их оптимальное количество

Рубины в часах располагаются внутри механизма в зависимости от функций. В привычном трехстрелочнике оптимальное количество рубиновых камней достигает семнадцати. Иногда конструкторский подход заставляет поменять часть камней на латунные подшипники и в таком случае в характеристике часов пишется истинное количество камней. Каждое дополнительное усложнение добавляет число камней в механизм.

Существует масса курьезных случаев, когда количество камней в несколько раз превышает их необходимое число. Например, маркировка, включающая пятьдесят, восемьдесят и даже сто камней, вызывает недоумение у покупателя. Много – не значит хорошо. Подобный ход вводит в заблуждение новичков. Все камни, которые реально используются в механизме швейцарских часов, называются функциональными. Все остальные камни на калибре выполняют декоративную функцию, которые в стандартную маркировку, принятую во всем мире, не вписываются.

Где не нужны камни? В кварцевых часах. Единственный момент нагрузки на колесную передачу происходит во время поворота шагового двигателя. За счет фактического отсутствия механического хода в кварцевых часах практически полностью предотвращается износ. Поэтому, если в характеристике кварцевых часов указано количество один, два камня или без камней, ничего страшного это не обозначает. Те мануфактуры, что очень высокого качества без единого камня.

Механические швейцарские часы в течение двух веков изготавливались с настоящими рубиновыми камнями внутри механизмов. Ситуация поменялась, когда в 1902 году была изобретена технология по выращиванию искусственных рубинов. Такой оборот истории во многом позволил выпускать часы массово. В наши дни природные минералы используются очень редко, потому, что искусственные камни более надежны в работе и их легче обрабатывать, чем натуральные. Конечно же, осознание того, что калибр часов содержит натуральные рубины, приносит большое эстетическое удовольствие. Но от использования синтетических камней ценность настоящих часовых шедевров не умаляется.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРИЧИНЫ

Важные части механических часов - главным образом, те, которые двигаются, то есть зубчатые передачи, баланс и регулятор хода. В прежние времена точки поворота этих деталей вращались непосредственно в отверстиях, которые сверлят в двух толстых латунных листах, отделенные стойками. Чтобы облегчить сборку и ремонт, верхняя плата была позже заменена отдельными элементами, названными "панелями".

Более низкую медную табличку (названную "плитой основания") сверлили с маленькими отверстиями в которые опирались концы вращающихся стержней. Эти отверстия также содержали маленькие нефтяные сливы, от которых нефть текла в отверстия, чтобы смазать точки трения поворотов. Со временем их приходилось чистить, т.к. получающееся соединение нефти и пыли сформировывало абразивное вещество, которое действовало как наждачная бумага, медленно подпиливая более мягкое основание пластины и до некоторой степени даже более твердые стальные стержни. При длительным использованием абразивное действие смеси нефтяной пыли, работающей дружно с поворачивающимся действием центров, делало отверстия овальными. В этом случае часы начали бы работать беспорядочно и в конец останавливаясь.

Эти наблюдения заставили часовщиков искать материал крепче и который будет противостоять большему износу от центров. Материал, на котором они остановились, было рубином, уступающий в твердости только алмазу.

НЕМНОГО ИСТОРИИ

Использование рубина возвращает нас в Аглию 18-го столетия (это время колыбели качественного измерения времени), где у часовщиков сначала была идея использовать маленькие рубиновые шарики, как опору для центров баланса. Техника обработки рубина была изобретена швейцарским оптиком и астрономом, Николасом Фатио, который приплыл в Англию в надежде на внедрение его изобретения. Он попытался получить "королевскую привилегию" для своей техники, но Фатио не получил этого и в результате другие умелые работники приступили к производству рубинов для часов.

В те дни эти камни были второразрядными, не пользуясь популярностью в ювелирной торговле. Техника, позволяющая точно обрабатывать рубины, дала британской промышленности превосходство в часовом искустве в течение приблизительно 20 лет. После этого, французские часовщики, такие как Авраам-Луи Бреге, перенесли методы английских мастеров во Францию. Этот было началом конца британской монополии.

Много лет, эта относительно дорогостоящая трудоемкая техника ограничила производство исключительно очень высококачественными и дорогими часами. Медленно, но изготовление таких часов стало более индустриальным, а их части, более доступными для других аспектов изготовления часов.

Создание Синтетических Рубинов:

верхняя картинка - создание удлиненных грушевидных частей искусственного кристалла.

нижняя картинка - грушевидные части нарезаны, используя алмазный инструмент обработки. Ломтики затем разрезается пополам, на квадраты и круги размером от 0,3 до 0,5 мм в толщину и 1,15 до 2,55 мм в диаметре.

СИНТЕТИЧЕСКИЕ РУБИНЫ

Дальнейшее уменьшение в цене сопровождало создание синтетических рубинов основонное на методе разработанным в 1902 Огастом Вернеуилом, профессором Парижской консерватории искусств и ремесел. Фактически, синтетические рубины, так же как их естественные коллеги - корунд, то есть прозрачная алюминиевая окись.

В индустриальном процессе фальсификации основной составляющий глинозем (алюминиевая окись) подвергается ряду операций, то есть очистки, нагревания, сплава и кристаллизации, которая приводит к грушевидным частям искусственного рубина. Окись хрома добавлена, чтобы получить красный цвет естественных рубинов.

Крупномасштабное изготовление рубинов позволило создание в больших количествах синтетических камней, более однородных по качеству, чем встречающихся в природе. Ювелирная торговля берет большинство этих камней. В изготовлении часов стоимость рубинов прибыла главным образом из-за рабочей силы (нужно обучение), поскольку стоимость сырья была относительно низка. Сказав это, нужно отметить, что приблизительно 90 % рубина разрушаются, и только остающимеся 10 % годны к употреблению для часов.

КОММЕРЧЕСКИЙ ТРЮК?

В уме общественности идея, что часы содержат драгоценности, дает им определенную добавленную ценность престижа. Изготовители были быстры, чтобы эксплуатировать эту веру и начали добавлять ненужные камни, чтобы увеличить цену их продуктов. Термин "upjeweling" был американским термином, введенным, чтобы обратиться к этой сомнительной практике, которая была довольно широко распространена в США в то время. Пока не было отменено американскими Таможенными органами, которые отвергли импорт "upjeweled" от входа в страну. Есть некоторые люди, кто предполагает, что их реальные побуждения, возможно, были менее благородными и что это было просто своего рода камуфляжным протекционизмом для американской промышленности часов.

Сегодня, швейцарские часовщики больше не используют эту сомнительную практику, и их реклама не основана на числе камней в механизме. Общее количество рубинов, то есть "украшение драгоценными камнями", может измениться. В простых ручных механических часах число камней изменяется от минимума 14 к максимуму 19. В автоматических или более сложных часах, число рубинов выше. Однажды кто-то пустил слух, что, какой ремонтник украл рубины из часов и заменил их медными деталями. Это - полностью необоснованный миф. Для часовщика, чтобы удалить рубины и заменить их потребовалось бы большого усилия и не будет, конечно, стоить его времени, учитывая, что искуственные рубины стоят нескольких центов.

Чтобы подвести итог всего этого, наличие рубиновых камней в часах является, конечно, фактором, который добавляет качество часов. Они обязательны для длительного и правильного функционирования часов хорошего качества.

материал взят с сайта http://www.europastar.com/