Az időmérés a társadalomba szerveződés után az emberiség egyik legősibb műszaki problémájaként jelentkezett. Már az óegyiptomiak használtak napórát, majd víz és homokórát. Ezek azonban vagy nagyon helyhez kötött (nap és vízóra), vagy nagyon pontatlanok (homokóra), és emellett a napóra kivételével állandó felügyeletet igénylő eszközök voltak. A problémát a mechanikus óra megjelenése oldotta meg.
A mechanikus óra története egészen az ókorig nyúlik vissza már ekkor készültek olyan vízórák, amelyek komoly mechanikus szerkezeteket is tartalmaztak, voltak zenélő, táncoló szobrocskákat mozgató stb. órák. De maga az idő mérésére még nem alakultak ki az óraszerkezet egyenletes lefutását lehetővé tevő gátszerkezetek. Vannak bizonyos jelek, emlékek arra, hogy a kora középkori Kínában jóval Európát megelőzően megjelent valamiféle mechanikus óra, de az első ezredforduló utáni fokozatos konfuciánus befelé fordulással Kína lassan elfelejtette a már elért technikai vívmányait is. Ezért az óra kifejlődését nyomon követni az európai kultúrkörben lehet.
Maguk a kerékáttételek nem voltak ismeretlenek már az ókorban sem, a görögök készítettek műszereket nem is egyszerű fogaskerék áttételekkel, és a fogaskerekes áttételeket a római korban is használták, például a már ekkor is létező vízimalmokban. És a már említett mechanikus kiegészítésekkel bíró víziórák is meglepően összetett mechanizmusokat tartalmaztak. De az igazi mechanikus óra szükségessé tett egy olyan szerkezetet, amely az óramű lefutását egyenletessé teszi. Voltak próbálkozások forgó széllapátos, ide-oda billegő higanyt csepegtető teknős stb… konstrukciókra, de sem a pontosságuk, sem megbízhatóságuk nem tette lehetővé ezek gyakorlati felhasználását. Az első valódi gátszerkezetnek nevezhető mechanikus gátlómű az ún.: foliot volt, amely az ún. orsó-gátszerkezettel és súlyhajtással kombinálva az első valódi mechanikus óra megjelenését lehetővé tette. Bár minden mai mechanikus óra alapja valahol ez a szerkezet, de jelentősége ellenére nem tudjuk biztosan, ki volt a feltaláló, bár vannak irodalmi adatok arra, hogy Gerbertus magdeburgi püspök – a későbbi II. Szilveszter pápa – volt a feltaláló, 996 környékén. Mindenesetre biztos, hogy róla írásos emlékek már az 1200-as évekből is vannak, és a foliot valamint az orsó-gátszerkezet egészen a 19. századig, tehát legalább 600 éven keresztül gyakorlatilag változtatás nélkül használatban volt. A foliot egy ide-oda lengő vízszintes rúd volt, amelyet tehetetlenségi nyomatékának változtatásával lehetett „finomhangolni”. Ezt a nyomatékváltoztatást a rúdon levő súlyok mozgatásával, kijjebb-beljebb helyezésével oldották meg. A foliot alapkonstrukciója helyhez kötött órához volt alkalmas. Ezen korai órák hajtásáról súly gondoskodott. Ez természetesen nem volt hordozható órához alkalmazható. Az acélművesség fejlődésével képesek lettek olyan vékony, szívós acélszalagot készíteni, amelyet feltekercselve jelentősebb energia tárolására is alkalmas rugót kaptak, és a foliot az orsó-gátszerkezettel és a rugóhajtással kombinálva már hordozható órát eredményezett. Peter Henlein műveként 1500 körül megjelentek az első hordozható órák, az ún. “nürnbergi tojások”. Ezek a zsebórák ősei voltak. Itt a foliot hordozható kivitelét alkalmazták, amely formája miatt a “kanálbillegő” nevet kapta. Mivel ebben az időben a billegő visszatérítéséről gondoskodni képes hajszálrugó még nem állt rendelkezésre, ezért két disznósörtét alkalmaztak ütközőrugóként.
|
Foliot: |
Kanálbillegő disznósörte ütközőkkel: |
|
|
|
Érdemes megnézni egy ilyen, korabeli hordozható órát, amely a cseh Jacob Zech műve. Ez az óra mintegy 7-8cm átmérőjű, már hordozható méretű és súlyú volt, hasonló átmérőjű, mint egy mai ébresztőóra, csak kétszer olyan magas. Mint a kis képen látható, percmutatót itt még nem alkalmaztak, a pontosság ezt nem tette értelmessé. Az óra szerkezetébe pillantva látható jobbra fent a rugóház, balra tőle egy kiegyenlítő csiga (lásd később). A kettőt eredetileg bélhúrral kötötték össze. A csiga négyszögletes tengelyére lehetett illeszteni a felhúzó kulcsot. A kerékrendszer közepén vízszintesen van csapágyazva az orsó-gátszerkezet gátkereke, és a középpontban látható az ide-oda lengő foliot. A foliot karjaira csavarmenetet vágtak, és ezen elcsavarva a két súlyt lehetett az órát behangolni. Az egész szerkezet jócskán a szános eszterga feltalálása előtt, teljesen kézi munkával készült, úgy 450 évvel ezelőtt!
|
|
|
Részben az óra méreteinek elfogadhatóbbá tételére, másrészt a foliot lengésének gyorsítására (jobban szabályozható és a külső erőhatásokra is kevésbé érzékeny a kisebb lengésidejű gátlómű) folyamatosan csökkentették a méreteket, majd a foliot karjaira elhelyezett súlyok helyett egyszerűen egy kerékké alakították át az egészet, ahol a foliot karjai voltak a kerék küllői, ezzel az 1500-as évek vége felé fokozatosan kialakult a ma is használatos kerékbillegő, de még mindig disznósörte ütközővel. A hajszálrugót kutatásai "melléktermékeként" 1675-ben Huygens fedezte fel, gyakorlatilag egy időben az angol Robert Hooke-val (az angol szakirodalom máig Hooke-t tartja az elsőnek). Ezzel a hordozható órák ma is ismert szabályozó eleme megvolt. Ezen a ponton már élesen szétválik a stabil állóórák és a hordozható órák fejlődése. Az állóórákat forradalmasította a Galileo Galilei által 1583 körül felfedezett inga. Ennek felhasználásával az első valóban használható ingaórát szintén Huygens készítette el 1657-ben. Ez volt a világ első igazán pontos, csillagászati mérésekre is használható (és használt) órája. Az inga szárának hőmérsékletváltozásra bekövetkező hosszváltozása (hőtágulása) okozta lengésidő változás miatti járáseltérést számos különböző műszaki, és anyagtechnológiai megoldással lejjebb szorították, majd megjelentek az orsójáratnál jobb járatok, ilyen volt a Clement, majd “forradalmi” változást hozott a mai napig elterjedten használt Graham féle nyugvó horgony-gátszerkezet. Alább látható két képről és a két kis „animációról” megismerhető e két gátszerkezet felépítése és működése. Látható, hogy a Clement gátszerkezet úgynevezett „visszavezető” gátszerkezet (lásd később), vagyis pótlengéskor a hajtónyomaték ellenében kissé visszafelé mozgatja a gátkereket, míg a Graham gátszerkezet már „nyugvó”, vagyis pótlengéskor a gátkerék nyugalomban van. Ennek nagy hatása van az elérhető pontosságra!
|
Clement gátszerkezet: |
Graham gátszerkezet: |
|
|
|
|
|
|
Az 1800-as évek második felében a Rieffler ill. Strasser féle szabad gátszerkezetes csillagászati ingaórák zárt burkolatban, kompenzált ingákkal elérték a napi 0.006 - 0.01mp pontosságot, amely körülbelül évi 2-3mp eltérést jelent. Erre még a mai kvarcórákból is csak a magas árú stabil laboratóriumi példányok képesek. Ez valahol a mechanikus órával elérhető pontosság csúcsa. A ma kapható precíziós szobai ingaórák jellemzően Graham járattal és rubin horgonykarmokkal készülnek (pl.: Sattler), és minden további nélkül elérik a havi 1-2mp pontosságot. A Clement gátszerkezet ugyanakkor tovább él minden ébresztőórában, mivel az ébresztő kalapácsát minden esetben ilyen járattal mozgatják.
Bár az órák gátszerkezete, szabályzói a 16-17. század folyamán meglehetősen hasonlóak voltak, de egyre finomabb szerkezetek készültek, egyre több komplikációt építettek be, elsősorban ütőműveket, hisz ne feledjük, éjszaka akkoriban nem lehetett felkapcsolni a villanyt, és megnézni az órát, a közvilágítást pedig leginkább a hold jelentette. Sötétben tehát fontos volt, hogy az óra el tudja ütni az időt. Az ütő órák mellett ezért megjelentek az ismétlő órák, amelyek nem csak óránként-negyedenként ütötték az időt, hanem gombnyomásra bármikor elütötték azt. Emellett előfordult a holdfázis (akkor az még fontos volt!), a dátum kijelzése is. A kanálbillegő disznósörte ütközővel ugyanakkor igen pontatlan járat volt, napi fél óra eltérés egyáltalában nem számított rossznak, és a tíz perc már a precizitás csúcsa volt. Ezek a függőórák (zsebórának még kicsit testesek voltak…) percmutatóval jellemzően nem is voltak felszereltek, elég volt nekik az óramutató. A hajszálrugó és kerékbillegő már jobb eredményt adott, és bár az orsójárat nem igazán kedvező megoldás, de a pontosság a legkiválóbb precíziós orsójáratú óráknál elérte a napi néhány percet. Itt már volt percmutató, hisz értelme is volt.
A pontosság mellett továbbra is komoly problémát jelentett azonban az órák mérete. A Zech-féle óráról készült képről látható, hogy az orsójáratban egy a billegő-tengelyre merőleges tengelyű gátkerék van, és ez mindenképpen vastag szerkezetet eredményezett. Gyakori volt a teljesen gömbölyű óra, de az akkori “extralapos” szerkezetek is jó 2 cm vastagok, ami 3-4cm vastag “böhönc” órákat eredményezett. Az átlagosnak tekinthető színvonalon kivitelezett órák emellett napi 5-10 percnél nagyobb pontosságot nem tudtak nyújtani, és ezzel már akkoriban sem voltak túlságosan elégedettek. Ezen változtatott, amikor 1720 körül Graham kidolgozta a cilinder vagy hengerjáratot. Ez a járat megfelelő precizitású kivitelezés esetén már valóban nagy pontosság elérését tette lehetővé, és aránylag egyszerűen volt előállítható. Gyártásban is maradt egészen az 1950-es évekig! És ami szintén nagyon fontos: ez a járat egy, a billegővel párhuzamos gátkerékkel működött, amely lapos, kicsi szerkezet előállítását tette lehetővé. Az órák végre “összementek” és egyre precízebbek lettek. John Arnold neves angol órásmester műhelyében 1764-ben már olyan óra készült VIII. György angol királynak, amelyet egy pecsétgyűrű köve helyére építettek, cilinderjárattal működött, és emellett egy negyedütős ismétlőszerkezetet tartalmazott. Mai szemmel nézve is csúcsminőségű “mütyür” lenne! A cilinderjárat egyfajta továbbfejlesztéseként megjelent, és a XIX. században elterjedt a duplex járat is, amely egy, a billegőtengelyre helyezett nemeskő hengerbe mart vájattal vezette át a gátkerék fogát, és külön emelőkő végezte az emelést (a lendület billegőnek átadását).Ez lényegesen jobban szabályozható – precízebb – volt a cilinderjáratnál, pontossága a legjobb kiviteleknél már akkor minden igényt kielégítő, napi néhány másodpercen belüli volt, a duplex órák gyakran készültek emiatt másodpercmutatós kivitelben. De a kőhenger és a gátkerék igényes és nehézkes megmunkálása miatt a cilinderes (és későbbi horgonyos) gátszerkezeteknél lényegesen drágább is volt. Ezért – bármily kedvelt is volt az 1850-es évekig – nem élte túl ezt az időszakot, ezért ilyen járattal már csak régi zsebórákban találkozhatunk. Az alábbi képeken megismerkedhetünk e két – a maga korában meghatározó fontosságú – gátszerkezet felépítésével és működésével:
|
Cilinderjárat: |
Duplex járat: |
|
|
|
|
|
|
A XVII. század végén kezdődő, csodálatos fejezete az óra történetének a kronométer, vagyis a nagy pontosságú hajóóra története. A középkor végére a tengeri hajózás óriási méreteket öltött, az akkori nyugat-európai államok gazdasága függött a tengeri kereskedelemtől. Míg azonban a földrajzi szélességet a nap delelésének magasságából meg tudták mérni, addig a hosszúság mérésére semmilyen a gyakorlatban is jó módszer nem volt. Arra ugyan hamar rájöttek, hogy a hosszúságot leginkább a helyi, és a referenciának számító kikötő idejének összehasonlításával lehet meghatározni, éppen csak a referencia idő megőrzése volt megoldatlan. Kidolgoztak ugyan számos – elvileg kifogástalan – módszert, amelyek a Hold fázisainak, a Jupiter holdjainak megfigyelésén alapultak, de ezek a gyakorlatban megbuktak azon, hogy a tengeren „szeret” éjszaka köd lenni, és a látásviszonyok sokszor nem teszik lehetővé az égitestek megfigyelését. A megoldás az lett volna, ha egy pontos órát vihetett volna a hajó magával, és a nap helyi delelésének és az otthoni időnek az összevetésével meghatározható lett volna a földrajzi hosszúság. De ez bizony nagyon pontos, az akkori utak sokszor több hónapos, esetlegesen akár egy éves hosszúságát figyelembe véve legfeljebb napi néhány másodperc eltéréssel működő óra kellett. Gondoljunk csak bele, hogy az egyenlítőn 1 perc eltérés csaknem 28km tévedést jelent a hosszúság meghatározásában!
A korabeli hordozható órák azonban meg sem tudták közelíteni az elvárt pontosságot. Az inga megjelenése már lehetővé tette ilyen pontosságú óra elkészítését, de az ingás óra – pontosságának megőrzése mellett – semmiféle konstrukciós trükkel sem volt hordozhatóvá tehető (azt az apróságot nem is említve, hogy a földi nehézségi erő kismértékben változik a szélesség függvényében, és az inga emiatt más lengésidővel működik. Ez a hatás nem elhanyagolható, példának okáért Londonból az egyenlítőre lemenve közel 4 percet késne naponta egy ingaóra! Mindazonáltal az órások a XVII. század végétől elkezdtek kísérletezni a kívánt nagy pontosságú órák kifejlesztésével, egyelőre az akkori kormányok hathatós támogatása nélkül. Amikor azonban az angol flotta egy egész hajóraja szenvedett navigációs hiba miatt hajótörést, akkor a brit admiralitásnál „betelt a pohár”, és 1714-ben Anna királynő jelentős, 20000 fontos pályázatot írt ki pontos óra kifejlesztésére. Ez akkor nagyon komoly összeg volt, el is indult a versengés.
A pályadíjat az időközben technikatörténeti fogalommá vált John Harrison nyerte el (aki Graham műhelyében tanult), gyakorlatilag egy élet munkájával, négy különböző konstrukció kidolgozásával. Valójában az ő konstrukciói és órái nem terjedtek el (bár a neves Cook kapitány az ő órájának Kendall által készített referencia másolatát használta útjain, teljes sikerrel), de munkája és tapasztalatai utat nyitottak az utána jövőknek. Megemlítendő neves hajóóra készítő volt a francia Berthoud is. De ezek az első hajókronométerek még módosított orsó és cilinderjáratokkal készültek, ahol csak rendkívül gondos kidolgozás és összetett kompenzációs mechanizmusok mellett tudták – nagyon költséges szerkezetekkel - biztosítani a szükséges pontosságot. Nyilvánvalóvá vált, hogy nem a meglévő gátszerkezeteket kell finomítani, hanem olyan új konstrukciókra van szükség, amelyek kiküszöbölik az elődök problémáit.
Ez lett a francia Pierre Le Roy által 1750 körül feltalált kronométer gátszerkezet, amely nevével is utal feladatára. Ennek hamar többféle variációja is megjelent, de mindegyik ugyanarra az elvre épül, és közös bennük az, hogy ezek már szabad gátszerkezetek voltak, vagyis a billegő a lengése legnagyobb részében teljesen szabadon, a gátszerkezettel való érintkezés nélkül lenghetett. Mindegyik kronométer gátszerkezet alapja az, hogy a gátkereket egy karon elhelyezett zárókő gátolja forgásában. Ezt a rendszerint rugózott (néhány megoldásnál tengelyen csapágyazva elforduló) kart egy nagyon kis erejű, szinte mindig aranyból készült kis laprugó (az ábrán sárgával színezve) a billegő tengelyén elhelyezett emelőkő mozdítja ki a zárásból, és az ekkor egy foggal elforduló gátkerék a billegő-tengelyen elhelyezett másik emelőkövön keresztül ad lendületet a billegőnek. A másik irányba lengéskor az aranyrugó kilincsműként viselkedik, és a gátkerék nyugalomban marad. Mivel ez a rugó igen gyenge, ezért a billegő szabadlengését alig befolyásolja. A konstrukció jó minőségű, kompenzált billegővel (lásd később) kiválóan szabályozható, a napi eltérés akár néhány tizedmásodperces pontosságúra is lecsökkenthető. Problémája azonban az, hogy a rázkódást nem bírja, a kar könnyen a kiugrik a gátkerék fogai közül, és ilyenkor az óra rendszertelenül sietni kezd. Ezért ezt a gátszerkezetet zsebórában is csak ritkán, karórában pedig egyáltalán nem alkalmazták. A precíziós kronométereket pedig a külön e célra kialakított dobozban kardanikusan felfüggesztve, rezgésektől védve alkalmazzák. Ez a mai napig a hajókronométerek jellemző építési módja. Az alábbi ábra a kronométer gátszerkezet számos variációjának egyikét mutatja (látható az aranyrugó, a zárókar, rajta a (piros) zárókő, a billegő tengelyén fent a kiemelést biztosító (piros) kő, alatta az emelést végző (szintén pirossal) nemeskő. Jobbra egy kis „animált” képen a kronométer gátszerkezetet működés közben ismerhetjük meg:
A minőség javításában szintén nagy jelentőséggel bírt, hogy 1704-ben.Nicolaus Fatio genfi órás bevezette a drágakő csapágyak alkalmazását az órákban. Erre az a felismerése vezetette rá, hogy azonos keménységű anyagok sokkal jobban koptatják egymást, mint az eltérő keménységűek. A megmunkált, edzett acél csapokat sárgaréz csapágyakban járatva a sárgaréz lágysága miatt azonban még mindig elég nagy volt a kopás, és ami még ennél is nagyobb baj – a súrlódás is. Az acélnál sokkal keményebb nemes kő (eleinte achát, majd rubin-zafír, különleges esetekben gyémánt) csapágyak azonban megoldották ezt a problémát. Miután az 1920-as évek után a rubin (Al2O3) nagy tömegű, mesterséges előállításával olcsó is lett az efféle csapágy, magától értetődő lett az órákban. De a természetes kövek magas ára, és a korabeli technológiával való nagyon nehézkes és költséges előállítása miatt a régi órákban csak igényes helyeken alkalmazták a kőcsapágyakat. A kőcsapágyakat korábban sokszor szerelt, csavarozott kis aranytokban illesztették be. Ez nagyon szép, de költséges volt, és nehéz volt a csapágykövet gondosan beállítani. Érdemes az alábbi precíziós IWC zsebóraszerkezeten a négy, parányi csavarral rögzített kis aranyfoglalatot megnézni, amelyekben még természetes rubinból vannak a csapágykövek (a képre kattintva kinagyítható):
Nagyon hamar megjelent a besajtolt, beperemezett foglalás is, bár igen igényes, drága órákban a külön, csavarokkal rögzített foglalatos („chaton”) csapágykövek máig előfordulnak, mára a minőség egyfajta szimbólumává válva. Alább balra látható egy besajtolt csapágykő („lyukaskő”) tipikusnak mondható keresztmetszete. De mint a képről is látható, ez a megoldás lehetővé teszi, hogy a benne csapágyazott tengely tengelyirányban csúszkálni tudjon, és ekkor a tengelycsap válla a kőcsapágy alsó homlokfelületén ül fel. Ez nem igazán gond a futómű kerekeinél, hiszen a súrlódás és kopás így is sokkal kisebb, és a kerekek kis tengelyirányú holtjátéka megengedhető, de a billegőnél, ahol a lehető legkisebb súrlódásra kell törekedni, ez nem felel meg. Itt már a legkorábbi konstrukciókban is a jobboldali képen látható fedőköves megoldást alkalmazták, ahol a tengely oldalirányban a lyukaskövön, tengelyirányban a fedőkövön fekszik fel. Sárgával van jelölve a csapágyban levő olaj. A billegő-tengely előbb kicsit tovább szűkülő, majd bővülő megoldása („trombitatengely”) azt szolgálja, hogy a tengely a kapilláris-hatás miatt ki ne „csalogassa” a csapágyból a kenőolajat. Főleg precíziós óráknál alkalmazhatnak fedőkövet a horgonynál, és a gátkeréknél is (ez utóbbinál ütésbiztosítás is előfordul – lásd később).
A fenti finom megoldások elterjedésével a hajókronométerek fokozatosan egységesedtek, a XX. század közepére gyakorlatilag szabványossá váltak. A pontosságuktól pedig már a XIX. század elején elvárták, hogy minden körülmények között is csak legfeljebb napi 4 másodpercet tévedhettek. De a jó mechanikus kronométer ennél sokkal pontosabb tud lenni, jellemzően akár napi 0.5 másodperc körüli pontosságúra is be lehet szabályozni. Érdemes megnézni egy ilyen hajóóra szerkezetét. Könnyen felismerhető rajta a kiegyenlítő csiga a lánccal, a hengeres hajszálrugó, és a nagyméretű, kompenzált billegő. A továbbiakban tárgyaljuk ezeket a szerkezeti egységeket, és kialakulásuk okait!
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 jobb 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 (a képre kattintva kinagyítható): 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 (a képre kattintva kinagyítható):
|
|
Ez után a sok fejlesztés után már az órások rendelkezésére állt pontos, jól szabályozható, kompenzált billegő-rendszer. De a köznapi órák számára leginkább megfelelő gátszerkezetekkel még mindig nem rendelkeztek. Az orsójárat nagyon pontatlan volt, és a cilinderjárat sem igazán felelt meg precíziós zsebórák számára. Készült ugyan olyan cilinderjárat (Breguet találmánya), ahol a cilindert zafírból vagy rubinból készítették, és ezek precíziós kivitel mellett nagyon jó, esetenként akár hajóóra pontosságot is elértek, de nagyon drágák voltak, tömeggyártásuk pedig eleve reménytelen volt. A kronométer gátszerkezet bár kiválóan pontos volt, de mind ára, mind minimális ütésállósága miatt nem jelenthetett igazi megoldást a zsebórák számára. Végül az ingaóráknál már jól bevált Graham gátszerkezetet alapul véve a XVIII. század közepe táján Thomas Mudge (szintén Graham tanítványa) elkészítette az első horgony-gátszerkezetet. Az óra azonban nem volt tökéletes, mert bár nyugalomban nagyon pontos volt, de ha hordták, akkor rendszertelenül késett. Ennek okait kutatva rájöttek, hogy a mozgatás közbeni lökésektől a horgony kimozdul, és a horgonyvilla hozzáér a billegőtengelyhez, így fékezve azt. Ezt kiküszöbölendő 1825 körül Auguste Leschot az emelőköveket és a gátkerék fogait olyan módon alakította ki, hogy az a nyugvásban levő horgonyt – ha kismértékben kimozdulna – visszahúzza. Ez a húzószög, amelyet alkalmazva megszületett a ma ismert formájában horgony-gátszerkezetet. Ennek persze szintén tucatnyi variációja létezett, de az alapelve mindegyiknek ugyanaz. A különböző horgonyjáratokkal már igazán pontos és használható hordozható órát lehetett készíteni, megfizethető áron. Lássuk e gátszerkezetek leginkább előforduló három variációját:
Angol horgony-gátszerkezet: ez régebbi, könnyű megismerni a gátkerék hegyes fogairól. Ez a gyenge pontja is, ugyanis itt jobban kopik, mint a kampósfogú svájci és glashüttei horgony-gátszerkezet. A XIX. században igen gyakori és elterjedt volt, de a XX. században már nemigen használták. Egy kép a korai kivitelű változatáról, és a működést bemutató animáció:
A kampósfogú svájci és a glashüttei horgony-gátszerkezet elvében megegyezik az angol horgony-gátszerkezettel, de formailag eltér egymástól. Amúgy a glashüttei csak apróságokban különbözik a svájci horgonytól, első ránézésre leginkább azt lehet észrevenni, hogy a határoló peckek nem az óra alaplemezébe vannak ütve, hanem magában a horgonyban van egy pecek, amelyet egy az alaplemezbe fúrt lyuk határol. De XX. századot már igazán csak a svájci horgony élte meg és szinte egyeduralkodóvá vált, így erről jöjjön egy kép, és a működést bemutató animáció:
A svájci horgony-gátszerkezet fő elemei:
1: Gátkerék, 2: Horgonyvillaszár, 3: Kimenő emelőkő, 4: Bemenő emelőkő, 5: Horgonyvilla, 6: Biztonsági pecek
7: Biztonsági tárcsa, 8: Billegő tengely alsó csapja, 9: Vezetőtárcsa, 10: Vezetőkő, 11: Határpeckek
A svájci horgony igen jól bevált. Még hadihajók számára készült hajóórában is alkalmazták, mert jól bírja a rázkódást (ágyúzás stb.), amit a kronométer gátszerkezet nagyon nem komál. A gondosan elkészített svájci horgony-gátszerkezet azonban nem a legolcsóbb, és különösen nem volt az a XIX. században. Ezért Roskopf kifejlesztette a róla elnevezett Roskopf féle pecek-gátszerkezetet (az órások gyakran stiftesnek hívják). Ez ugyanazon elven alapul, mint az előbbiek, de egy sárgaréz gátkereke van, és a horgonyba ütött acélpeckek (stiftek) helyettesítik a horgonyköveket. Ez olcsóbban állítható elő, és a mai napig gyakorlatilag az összes mechanikus ébresztőórában és az olcsóbb karórákban ez van. Elvileg akár ugyanolyan pontos is lehetne, mint svájci vagy angol horgony-gátszerkezet, de mivel eleve olcsóbb órába szánták őket, ezért egyszerűbb billegőt és gyengébb, pontatlanabb általános kivitelezést párosítanak ezekkel a szerkezetekkel, amelyek így általában nem is olyan pontosak, nem is olyan tartósak, mint a svájci horgonyok. Egy kép a pecek-gátszerkezetről (ha nincs kedved belenézni egy ébresztőórába), pirossal jelölve a két pecek:
A fentieket összegezve tekintsük át az ismertetett gátszerkezeteket, fő tulajdonságaik alapján csoportosítva:
Visszavezető gátszerkezetek: orsójárat, Clement, Brocot stb. gátszerkezet (ingához)
Ezek, mint a - korábban látható - sémáikról is kiderül, a gátló (inga, foliot, billegő) teljes lengése alatt kapcsolatban vannak az óraművel, és visszalengésük folyamán egy kicsit visszafelé is mozgatják a gátkereket. Ez fékezi a gátló lengését, és nagyon lerontja a pontosságot, ráadásul a meghajtó nyomaték változása jelentős mértékben befolyásolja a lengésidőt!.
Nyugvó-súrlódó gátszerkezetek: cilinderjárat, duplex járat, ollós gátszerkezet, Graham horgony stb. (ingához)
Ezek gátlói már nem mozgatják ide-oda a gátkereket, de mindvégig súrlódnak a gátkerék fogaival. Mivel ez a súrlódási erő függ a meghajtó nyomatéktól, ezért az ezek lengésidejét is befolyásolja. De ez a hatás sokkal kisebb, és megfelelő minőségű kivitelezésnél a visszavezető gátszerkezeteknél sokkal pontosabbak lehetnek. Az ingás Graham járat ezért alkalmas nagyon nagy pontosságra is, hiszen az inga lengésszöge igen kicsi, és ugyanakkor a tömege relatíve nagy, így nagyon precíz kivitelezés esetén (csiszolt acél gátkerék, rubinkő horgonyok) nagyon kicsi a fékező hatás, és mivel a precíziós ingaórák súlyhajtásúak, így nem változik a meghajtó nyomaték, tehát a súrlódási erő is állandó. Erre pedig az óra beszabályozható.
Szabad gátszerkezetek: horgonyjáratok, kronométer gátszerkezet, ingánál a Rieffler, Strasser, Jürgensen stb. gátszerkezetek
Itt a gátló a lengés zömében szabadon mozog, csak a gátszerkezet továbbításakor és a lendület felvételekor érintkezik az óraművel, ez általában csak töredéke a teljes lengési szögnek. Jól szabályozhatóak, megfelelő kivitel mellett kiváló pontosság érhető el velük. A meghajtó nyomaték elvileg csak kis mértékben befolyásolja a gátló lengésidejét, de nagy precizitású szerkezetekben itt is alkalmaznak olyan kiegészítéseket, amelyek egyenletessé teszik a meghajtó-nyomatékot.
Mindezek tükrében már érthető lesz, miért van (és volt) szükség a rugóhajtás mellett kiegyenlítő szerkezet használatára:
Az óra meghajtására tulajdonképpen az ideális meghajtás a súlyhajtás lenne. Ez állandó, egyenletes nyomatékot tud biztosítani a lejárás teljes ideje alatt. Nem véletlen, hogy a precíziós stabil órák a mai napig mind súlyhajtásúak, annak ellenére, hogy a XX. századtól a nagyipari gyártás mellett a rugóhajtás már olcsóbban kivitelezhető. A súlyhajtás olyan előnyöket kínált, hogy a XVIII. században még hajóórák hajtására is előszeretettel alkalmazták (főleg Berthoud kronométerei voltak ilyenek). Ezen órákban a hengeres óraházat kardanikusan függesztették fel, és sínek között engedték le a több tíz kilogramm tömegű hajtósúlyt. De a súlyhajtás asztali és zsebórákban alkalmazhatatlan, így itt ki kellett küszöbölni a rugóhajtás hiányosságait!
A mechanikus órák hajtására feltekercselt acélszalagból készült tekercsrugót alkalmaznak. A rugó anyaga korábban egyszerű edzett acél volt, amelynek nagy volt a fáradásra és törésre való hajlama. Nem véletlen, hogy szinte nem lehet olyan régi, XIX. századi és korábbi órával találkozni, amelyben még eredeti motorrugó dolgozik, mert azok már régen eltörtek. De ma már olyan nagy szakítószilárdságú, nem fáradó (és titkos összetételű) rugóanyagokat használnak, amelyek a rugótörést szinte ismeretlenné tették. Emellett a mai rugók lejárási nyomatéka is sokkal egyenletesebb, bár még ezek sem teljesen lineárisak. A korai rugóanyagok nonlinearitása azonban nagy mértékű volt. Ezt megértendő érdemes megnézni egy átlagos rugókarakterisztikát. A függőleges tengelyen a nyomatékot, a vízszintesen a lejárás közbeni fordulatokat láthatjuk.
Jól látható, hogy a rugó felhúzás kezdetén erősen nemlineáris nyomatékot ad le (A szakasz), majd jön egy hosszabb szakasz, ahol ugyan szintén nem állandó a nyomaték, de csak kismértékben, és lineárisan változik. Végül a felhúzás végén megint erősen nemlineárisan változik a rugó nyomatéka (C szakasz). Mivel a rugóban veszteségek is keletkeznek (főleg a menetek egymás közötti súrlódásából), ezért nem azonos a felhúzáskor szükséges nyomaték a lejáratkor visszakapottal. Az ábrán ez is látható. Az órában csak a középső, B szakasz az, amely jól használható az óra pontos meghajtására. De a nyomaték még itt sem állandó, és mivel a korabeli orsójárat nagyon érzékeny a nyomatékra, így a legkorábbi rugós órák nagyon pontatlanok voltak, az órák felhúzás után eleinte iszonyúan siettek, majd lassan lelassultak, és a lejárás végén hatalmas késéssel fejezték be munkájukat. E problémát sokféleképpen próbálták megoldani. Az első, meglehetősen kezdetleges megoldás egy csúszófék alkalmazása volt, amely egy, a rugó tengelyére illesztett spirálisan növekvő sugarú idomhoz rugóval szorított fékező elemmel próbálta a nyomatékot a lefutás függvényében egyenletessé tenni. Ez azonban csak nagyon "közelítő" egyenletességet tudott biztosítani, és ráadásul a rugó energiájának jelentős részét felemésztette, hamar megkopott, de ezzel együtt rengeteget javított a kezdetleges szerkezetek pontosságán. A probléma igazán jó, végleges megoldását adta a cseh Jacob Zech által bevezetett kiegyenlítő csiga, amely a precíziós órákban ma is használt elem. Itt egy, a rugó karakterisztikájához illeszkedő módon változó, spirálisan növekvő kerületű csigát használtak, és a csigát és a dobot eleinte selyemzsinórral, bélhúrral kötötték össze. Ez persze nem volt örök életű. Idővel képesek lettek cérnavékony láncot is készíteni, ez végre teljes értékűvé tette a konstrukciót, de természetesen nagyon meg is drágította. A lánc sokszor a cérnánál is vékonyabb, a mai biciklilánc elvén épül fel, és elképesztő, hogy már 300 évvel ezelőtt milyen finomságúra tudták készíteni ezeket, gyakorlatilag teljesen kézi munkával! A hajóórák és a nagy precizitású órákban máig élő megoldás, sőt viszonylag nagy helyigénye ellenére még karórában is előfordult, és a mai nap is szerel például a A.LANGE & SÖHNE német cég egyik karórájába (Pour Le Mérite Tourbillon) csigás rugóművet. A rugódob ármérője 1cm, a csiga 8mm, a lánc 0.4mm vastag. Igaz az óra ára 70.000 euró…
|
Csúszófék: |
Kiegyenlítő csiga: |
|
|
|
|
Mivel a manapság szinte egyeduralkodó svájci horgony-gátszerkezet nem túlságosan érzékeny a nyomaték változására, ezért a kiegyenlítő csigát elvétve használják, jó pontosság érhető el nélküle is. De precíziós órákban azért ma is törekednek arra, hogy legalább azt elérjék, hogy a rugó a korábbi nyomatéki ábra B tartományában dolgozzon. Erre számos szerkezetet találtak ki, a jobb minőségű régi zsebórákban szinte mindig alkalmaztak ilyet, leggyakrabban az ún: „máltai keresztes” konstrukció valamely formájával lehet találkozni. Ez az itt látható ábra alapján megérthető működésű, lényege tulajdonképpen az, hogy meghatározott számú fordulatot enged csak meg, utána az „A”-val jelölt rugótengely nyelve újra felütközik a máltai kereszt záró fogán. Jól beállítva ütközéstől-ütközésig a motorrugó pont a nyomatéki ábra B tartományát járja végig, vagyis a lényeg az, hogy ez a szerkezet nem engedi sem teljesen lejárni, sem teljesen felhúzni a rugót. Bár nem bonyolult megoldás, de ma már csak kifejezetten minőségi kézifelhúzós órákban lehet találkozni vele. Ennek fő oka, hogy mára már olyan különleges anyagú és tekercselési formájú törésmentes motorrugók terjedtek el, amelyek önmagukban is megfelelően egyenletes nyomaték leadására képesek, az automata felhúzószerkezetek pedig szükségtelenné teszik ilyen szerkezet használatát, hiszen a rugó nagyjából mindig felhúzott állapotban van. |
|
Nem ejtettünk azonban szót még arról, hogy a rugót valahogyan fel kell húzni, és a mutatókat is állítani, meghajtani kell. A korai konstrukciók egyáltalában nem tartalmaztak ilyen kiegészítéseket. Ezeket egy külön kulccsal lehetett igazítani-felhúzni, amelyet a rugótengely szögletesre reszelt végére rá lehetett illeszteni, és közvetlenül felhúzni a rugót. Kiegyenlítő csigás rendszernél a csiga tengelyét lehetett a kulccsal forgatni, egy kilincsmű ellenében. Nagyon precíz óráknál, hajóóráknál ilyenkor még egy, a kilincsműbe illesztett rugó gondoskodik arról is, hogy felhúzás közben is hajtva legyen az óra futóműve. A mutatószerkezet állításához pedig a negyedeskerék meghosszabbított és szintén négyszögletesre reszelt végére lehetett a kulcsot illeszteni, de a legegyszerűbb korai, csak óramutatóval rendelkező függőórák egy szál óramutatóját kézzel kellett igazítani. A jobb megértés érdekében érdemes megnézni, hogy is néz ki egy óra mutatómeghajtó áttétele:
Ez a felépítés jellemző a mai, modern órákra is. A tányér formájú kerek nyomórugó az órakerék tengelyirányú elmozdulását akadályozza meg. Ha az óra központi másodpercmutatóval rendelkezik, akkor a perckerék tengelye át van fúrva, és azon keresztül jön keresztül a másodpercmutató vékony tengelye. A perckerék tengelye és a negyedeskerék ugyanakkor nem szilárd kapcsolatban vannak, hanem a negyedeskerék „derekánál” kialakított szűkített, rugózó rész dörzskapcsolatot hoz létre a perckerék tengelyével. Ez úgy van beállítva, hogy a perckerék gond nélkül hajtani tudja a mutatókat, de a váltókerék, vagy régi óránál a negyedeskerék felől megfelelő nyomatékkal tekerve beállíthatóak a mutatók, a futóműtől függetlenül. De az is belátható, hogy nem igazán tesz jót az órának (kopik a negyedeskerék), ha nagyon sokat állítgatják így. Mivel a mutatós kvarcórák is ezt a módszert követik, ezért ez rájuk is érvényes.
A kulcsos állítás nagy előnye, hogy a lehető legegyszerűbb (ez fontos, ma is a mutató és állítószerkezetek meghibásodása messze a leggyakoribb!), és ezért megbízható megoldás. Hátránya viszont, hogy nagyon kényelmetlen, a kulcs elveszhet, állításkor, felhúzáskor kárt tehetünk a szerkezetben. Főleg a kényelmi szempontokat figyelembe véve 1850 körül kidolgozták (Patek-Philippe) a ma is használt koronás felhúzó-rendszert. Ez egy fixen az órába beépített forgatható koronával tette lehetővé az óra felhúzását és állítását. A megoldás olyan praktikus volt, hogy költségesebb kivitele ellenére gyakorlatilag azonnal kiszorította a kulcsos felhúzó-szerkezeteket. A XIX. század utolsó harmadában már nem is nagyon készültek kulcsos felhúzású órák. Ugyanakkor az 1900-as évek elejéig általános volt, hogy a felhúzásról mutatóigazításra való átállítás egy külön, a korona mellett levő kis karral, nyomógombbal, kallantyúval történt. Karórák is készültek így. De ezután áttértek a váltókaros megoldásra, amikor is a korona kihúzásával lehet a funkciót váltani (egyes régebbi, csak zsebórákon használt megoldásokon a benyomásával). Különösen fontos lett ez a dátumos karóráknál, mert több állapotú váltókaros szerkezettel mód nyílt arra, hogy félig kihúzva a koronát állítsuk a dátumot. A váltókaros megoldásnak is többféle konstrukciója alakult ki, olcsóbb óráknál inkább a hintás, igényesebb óráknál a körmös konstrukciót alkalmazzák. Alább látható e két, ma is elterjedten alkalmazott szerkezet sémája:
|
Hintás felhúzó-állítószerkezet: |
|
|
|
Alapállásban a szerkezet a kilincskeréken keresztül a rugót húzza fel. Kihúzva a koronát átbillen a hinta, és a váltókeréken keresztül a mutatókat állíthatjuk. Mivel az egész szerkezet kopásra, megugrásra meglehetősen hajlamos, általában olcsóbb órákban használatos megoldás, de nagy gonddal kivitelezett megoldásai igényes régi zsebórákban is előfordulnak. |
|
Váltókaros-körmös felhúzó-állítószerkezet: |
|
|
|
Itt a körmöskerék a rugót felhúzó közkereket hajtja meg. Szabadon elforoghat a felhúzótengely hengeres részén. A felhúzótengely ezután jövő része viszont négyszögletesre van kialakítva, amely forgatja a szintén négyszögletes furatú hornyoskereket (farkasfogas keréknek is hívják). E hornyoskerék el tud mozdulni tengelyirányban, és a felhúzótengely kihúzásakor a váltókaron keresztül a mutatóigazitó kar áttolja a körmöskeréktől a mutatóigazító kerékhez, és ekkor lehet a mutatókat állítani. Felhúzásnál visszafelé forgatva a koronát a hajtórugó kilincse (a képen nem látható) nem engedi a körmöskereket visszafelé forogni. Ekkor a farkasfogas kialakítás miatt a hornyoskerék a mutatóigazító kar és annak rugója ellenében kicsit elmozdul befelé, átugrik egy fogat, majd ezt ismételgeti. Ilyenkor érezzük azt, hogy visszafelé forgatva a koronát az „racsnizik”. Erős, megbízható konstrukció, az igényes órákon kizárólag ezt alkalmazzák. |
.
A fenti megoldások lehetővé teszik az óra beállítását, és manuális felhúzását. De már a XVIII. századtól voltak kísérletek az automatikus felhúzás megvalósítására. Sok elvetélt kísérlet után (hőmérséklet, légnyomásváltozás stb. felhasználása) egyértelművé vált, hogy a hordott óra mozgás közbeni helyzetváltozásai azok, amelyek elegendő energiát szolgáltathatnak az órarugó felhúzására.
|
Az első megoldás Abraham Louis PERRELET nevéhez fűződik az 1700-as évek második felében. Itt még természetesen zsebórákról volt szó. PERRELET körforgó rotort alkalmazott (mint a mai automata karóraszerkezetek zömében), de ez a konstrukció zsebórában nem volt túl sikeres – a zsebóra rendszerint nem mozog elég intenzíven. Néhány évvel később BREGUET már zsebórában jól működő megoldást fejlesztett ki. Ő egy ingatestet alkalmazott egy elmésen "egyszerű" konstrukcióban, amelynek képe és működése itt látható: Működése: Az O tengely körül az L lengőtest ide-oda mozgást végezhet tehetetlenségénél fogva. Kilengését a Cs csap határolja. Az L lengőtestet R rugó húzza alaphelyzetbe. Kilengéskor (a nyíl irányában) mozgatja az Mr kilincsrugót, amely a K kilincskereket egy kis szöggel tovább forgatja, ezzel húzza fel az órát. A K kilincskereket visszafutás ellen a Zr záró kilincsrugó zárja. Amikor a motorrugó teljesen felhúzódott, akkor a rugó végén kialakított kis nyelv a P zárópecekkel kiemeli a Zr kilincset és visszaenged a K kilincskeréken, így megakadályozza a rugó túlhúzását. |
|
|
A zsebóra azonban sok ülőmunkát végző ember esetén – alkalmazhattak bármilyen konstrukciót - egyszerűen nem mozgott annyit, hogy megbízhatóan biztosítani tudja a rugó felhúzását. Az automatikus felhúzó szerkezetek igazi fénykora a karórákban köszöntött be, és lassan elterjedni az 1930-as évektől kezdett. A korai szerkezetek még szintén ide-oda mozgó súllyal - "kalapáccsal" - biztosították a felhúzást. Ilyen szerkezet egyszerűsített sémáját láthatjuk alább: Itt a K felhúzókilincs, amelyet az R rugó tart lenyomva, továbbítja a Kk kilincskereket. A megoldás egy megvalósítását megszemlélhetjük az alábbi képen, amelyen egy, 1950 körüli Jaeger szerkezetet láthatunk (a képre kattintva kinagyítható):
|
|
|
Nem volt azonban előnyös az, hogy a kalapács eléggé nagyokat "ütött" a szerkezeten, és az energia hasznosítása sem volt jó. Az igazi megoldást a végállás határolásának megszüntetése, a teljesen körforgó rotor jelentette. A jellemző elvi felépítése ezeknek visszavezethető az alábbi konstrukcióra:
A C karon a B billenőkereket mozgatja a Z fogasív, így a Z1 és Z2 meghajtókerekek a rotor mindkét irányú forgásánál egy irányba (fel)húzzák az óra rugóját. |
|
Ezen alapszerkezetnek aztán rengeteg variációja született. Száznál több fajta kilincsművet alkalmaznak, drága órákon sokszor a rotor nehéz nemesfémből (arany, platina) készül, csapágyazhatják csappal rubinban, de gyakoribb picike golyóscsapágy alkalmazása. Nem gyakori, de alkalmazott megoldás a planéta- vagy mikro-rotor, amely nem a szerkezet középtengelyében, hanem valahol oldalt van csapágyazva, és jóval kisebb méretű. Ez kis mérete miatt gyakran nehéz nemesfémből, aranyból, platinából készül, hogy a kellő nyomatékot biztosítani tudja. A rugó túlhúzását egy csúszóféknek nevezett kis tengelykapcsolóval oldják meg. Fontos megemlíteni, hogy az automata felhúzó szerkezetek nem csak kényelmesek, de jót tesznek az óra pontosságának is, hiszen a nagyjából mindig felhúzott rugó viszonylag állandó nyomatékot ad le. Az alábbi néhány képen automata órák jellegzetes szerkezetei láthatóak:
|
Ezen a képen egy tipikus közép-rotoros automata óra szerkezetét láthatjuk (Rolex Oyster). Rögtön láthatjuk a nagyméretű, a szerkezet fölött forgó rotort (a képre kattintva kinagyítható): |
Az alább UNIVERSAL óra tipikus planéta- v. mikro-rotoros kivitel, itt a szerkezet jobb oldalán látható kis rotor végzi a felhúzást. Ez általában a normál rotoros kiviteleknél laposabb óramű kialakítását teszi lehetővé (a képre kattintva kinagyítható): |
„Forradalmi” szerepet játszott az automaták fejlődésében, amikor 1948-ban az ETERNA megjelent Eterna-Matic névre keresztelt konstrukciójával, amelyben két kilincskereket alkalmazott, belső, alakzáró acélkilincsekkel, és a rotort golyóscsapágyazta. Ez a konstrukció később alapja lett a legtöbb elterjedt szerkezetnek, a mai korszerű ETA konstrukciók zöme is erre épül (a képre kattintva kinagyítható): |
|
|
|
|
A mind precízebb és egyre kisebb óráknál azonban egy újabb problémával szembesültek az órásmesterek. A jó pontosság és szabályozhatóság érdekében csökkenteni kellett a súrlódást, különösen a billegő tengelyénél. Ezért ezt a finoman kidolgozott tengelyt mind vékonyabbra készítették. Sajnos azonban ellentmondás van abban, hogy a szerkezet általában legnehezebb kereke a billegő, és mégis őt csapágyazzák az egyik legvékonyabb csappal. Az óra odaütésekor ez a csap bizony sokszor eltört, és újat kellett beszerelni, készíteni. Ezt a problémát hamar felismerték, és Breguet már 1800 körül kidolgozott egy ütésbiztosítási megoldást, az ún: „parachute” (ejtőernyő) konstrukciót, amelyet érdemes megismerni, mert elvében teljesen egyezik a mai, korszerű ütésbiztosításokkal:
Ennek elve felismerhető a képről A lényeg az, hogy a billegő vékony tengelycsapja után olyan erős, vastagabb részt, majd tengelyvállat képeztek ki, amely már el tudott viselni egy esetleges nagyobb ütés okozta igénybevételt is. Arról pedig, hogy a billegő-csapágylemez furatában úgy el tudjon mozdulni a billegő csapágya, hogy a tengely ezen megerősített részei felfeküdhessenek a furatban, arról a „parachute” rugós csapágytartó gondoskodott. Ez minden irányban rugózva kis elmozdulást lehetővé tett, majd a visszatért a középállásba. A konstrukció kifogástalan, ugyanolyan jól el tudja látni feladatát, mint a mai legkorszerűbb megoldások, de két probléma miatt mégsem használatos. A kisebbik probléma az, hogy nagy a helyigénye, és ez karórákban nehezen alkalmazhatóvá teszi. A nagy baj az, hogy tömeggyártásra és gépi szerelésre teljesen alkalmatlan. Ezen problémát kiküszöbölendő a karóráknál a XX. században más megoldásokat kezdtek keresni. Voltak olyan megoldások, ahol az egész szerkezetet függesztették fel a tokban rugók, vagy kis gumilabdacsok közé, de ezek mind szükségtelenül bonyolultak voltak. Ráadásul igazán csak a billegő tengelye van törésveszélynek kitéve, a futómű többi kereke aránylag könnyű, és ehhez képest vastag tengelycsappal rendelkezik, nem is szokott máshol törés előfordulni. A parachute nyomdokain ezért a XX. század elején megjelentek olyan tömeggyártott konstrukciók, amelyek szintén a billegő-tengely elmozdulását tették lehetővé, de már a lyukaskő és a fedőkő rugózásával, sokkal kisebb helyigényű és könnyen szerelhető megoldásokkal. Ezek között a legelterjedtebb az ún: Incabloc ütésbiztosítás, amely az alábbi képen látható. De teljesen ilyen elven működik a többi ütésbiztosítás is (pl: KIF, Duofix), gyakorlatilag csak a leszorító rugó és a csapágyfoglalat formájában tér el kis mértékben.
A képen a szabályozó tolóka megnevezés a korábban már tárgyalt hajszálrugókulcsot takarja. És ezek után egy órába pillantva az ütésbiztosított csapágyakat a leszorító rugóról már könnyen felismerhetjük. De sokszor a számlapon is feltüntetik, az INCABLOC, ANTI-SHOCK feliratok erről tanúskodnak. Igényes, precíziós órákban előfordul, hogy a gátkerék tengelyét is ütésbiztosítással látják el. Ennek az előnye az, hogy ez lehetőséget ad arra, hogy a gátkerék a kis súrlódás érdekében olyan vékony tengelycsappal rendelkezhessen, amely ütésbiztosítás nélkül már nem lenne biztonságos.
Mindezek után megszületett a modern mechanikus karóra. Az alábbi képen egy általános 17 köves, kis másodpercmutatós, kézi felhúzású svájci horgony-gátszerkezetű óra sematikus szerkezeti vázlatát láthatjuk. A kis fekete hengerek a tengelyek végén a csapágykövek. Ezen ábra alapján gyakorlatilag az összes mechanikus óra működése megérthető:
A mechanikus óra időmérő részén túl azonban érdemes szót ejteni arról, hogy az órák már a kezdetektől tartalmaztak számos kiegészítő szerkezetet (ún.: komplikációt). Ezek legfőbb csoportjai a különböző ütő, zenélő szerkezetek, naptárszerkezetek és kronográfok (stopperek). Az alábbiakban tekintsük át egy kicsit ezek kialakulását, működését:
ÜTŐ- , ÉBRESZTŐSZERKEZETEK
ISMERTETÉSE:
NAPTÁRSZERKEZETEK
ISMERTETÉSE:
KRONOGRÁFMECHANIZMUSOK
(stopperek) ISMERTETÉSE:
Mindezen komplikációk egy órában való szerepeltetésének igen szép példája az IWC Il Destriero Scafusia névre hallgató csodálatos remekműve. Az óra tourbillonos gátlójú, tartalmaz öröknaptárt holdfázissal, percütő szerkezetet, uszálymutatós kronográfot. Az alábbi képen megnézhetjük ezen órát elölről-hátulról, alatta pedig a szerkezete képét, amelyen jól látható a tourbillon, a percütő két hangrúdja és kalapácsa, valamint az uszálymutatós kronográf a cégre jellemző, és a kronográf-mechanizmusoknál már ismertetett szerkezete (a képek rájuk kattintva kinagyíthatóak):
Természetesen folyamatosan zajlott az útkeresés más irányba is. A XX. század közepétől több konstrukció született, amely megpróbálta az óra felhúzását elektromos árammal megoldani. Ez stabil óráknál nem is volt gond. Ezek esetében a szokványosnak tekinthető óramű rugóját egy kis villanymotor húzza fel időnként. Mivel a motor meglehetősen nagy nyomatékot kellett, hogy kifejtsen, miközben az idő nagyobb részében nem dolgozott, ezért itt viszonylag nagy méretű villanymotor, vagy nagy áttétel kellett. Ennek helyigénye miatt kar és zsebórába nem építettek ilyen mechanizmust. Fali és ébresztőórákban azonban elterjedt, hálózati táplálású kivitelek is léteztek. Kifejezetten karórák számára fejlesztették ki a billegő-motoros mechanikákat. Ezek egy kis elektromágnessel "lengették" a billegőt, és az óramű gyakorlatilag fordított üzemmódban működött, tehát nem a rugó lefutását gátolta a gátszerkezet a billegővel, hanem a lengő billegő mozgatta a szerkezetet egy kilincsművel. Az elektromágnest eleinte egy kis érintkező vezérelte, amelyet a billegő zárt minden lengésnél. Baj volt azonban az, hogy az érintkező hamar tönkrement, valamint az, hogy az elem állapotától függően eltérő impulzust kapott a billegő. A 50-as évek végétől a tranzisztor mint kapcsolóelem megjelenése végre kiiktathatóvá tette a mechanikus érintkezőket, és egy egyszerű kapcsolással az elem kimerüléséig egyenletes impulzus átadását tette lehetővé. Az efféle szerkezetek alapját az alább séma szemlélteti, mellette egy ilyen szerkezetű óra képével:
Az 1 billegőre rá van erősítve a 2 állandó mágnes lapocska, amelyet a 3 ellensúly egyensúlyoz ki.
A 4 vezérlő vasmag az 5 tekercsen keresztül a T tranzisztor által vezérelt árammal mozgásban tartja a billegőt.
A konstrukció azonban még mindig nem volt az igazi. Problémát okozott az, hogy a mutatószerkezet működéséhez szükséges energiát a billegőtől kellett elvonni, és ez durvábban kidolgozott (olcsóbb) szerkezetnél erősen zavarta a billegő szabad lengését (izokronizmusát), emellett a korabeli higanyoxid elemek meglehetősen rövid életűek voltak az aránylag nagy áramfelvételű órában. A billegő kiegyensúlyozását és hő-kompenzációját nagyban nehezítette a billegőre szerelt mágnes és ellensúly. A konstrukció érzékeny a mágneses térre is. Ugyanakkor a tranzisztoros táplálásnál a billegő mindig egyenletes lendítőnyomatékot kapott, amely nagyon jót tett a pontosságnak. Az ilyen órák pontossága precíz kivitelnél elérhette a napi 1-4mp pontosságot, amivel a legprecízebb automatikus felhúzású órák versenytársai lettek. Mire azonban a konstrukció összes problémáját megoldották, addigra megjelentek a még nagyobb pontosságot nyújtó hangvillás és kvarc óraszerkezetek, amelyek egyéb műszaki előnyöket is nyújtottak. Ezért - bár a 60-as évekig ezek az órák elterjedtek voltak – az olcsóbb kvarcórák megjelenése gyakorlatilag elsöpörte őket a piacról. Mára az ilyen szerkezetű órák gyűjtők keresett darabjaivá váltak.
Következő lépés a hangvillás óra kifejlesztése volt. Ebben egy nem mágnesezhető és igen kis hőtágulási együtthatójú anyagból (általában invár) készült kis hangvilla rezgett 3-400Hz frekvenciával. Az óra működése azon alapszik, hogy a hangvilla nagyon stabilan tartja rezgési frekvenciáját. A hangvillát egy egyszerű tranzisztoros kapcsolás tartja rezgésben egy, a hangvilla szárára szerelt elektromágnes-pár segítségével. (A képen a hangvillát sárga szín jelöli). A hangvilla egyik szárára egy hajszálvékony fémszál (szinte mindig aranyból készült) van erősítve (a képen pirossal jelölve), a végén egy kis rubin karommal. Ez rezgés közben foganként továbbítja a járókereket, és mellette egy hasonló, de rögzített kis kő a visszaforgást meggátoló kilincs. Ez a járókerék jellemzően 2-3mm átmérőjű, és körülbelül 300 foga van. Ez a konstrukció gyenge pontja, mert ez a kerék igen nagy igénybevételnek van kitéve. A hangvillás óra másodpercmutatója nem ugrik, hanem folyamatosan "kúszik", miközben az óra halkan, jellemzően 300Hz frekvenciával szúnyog módra "visít". A hangvillás óra gondosan beállítva nagyon pontos, akár havi 5-20mp pontosságot is teljesíthet, amely megfelel az átlagos kvarcóráknak. A hangvillás szerkezet aránylag összetett, és mechanikusan nagyon igényes, a kilincsmechanizmus úgyszólván csak mikroszkóp alatt szemlélhető meg megfelelően, ezért ezeket az órákat átlagos felkészültségű órás nem is igen tudja javítani. Persze ezek az órák drágák is voltak, így az olcsón előállítható kvarcórákkal már nem bírhatták a versenyt, és a 80-as évek elején fokozatosan eltűntek a gyártók kínálatából. Az alábbi kép egy hangvillás óra teljes szerkezeti sémáját mutatja, mellette egy ilyen óraszerkezet jellegzetes képével, alattuk pedig látható az óra „lelke”, a két kis köves kilincs a járókerékkel:
Mind a hangvillás, mind a billegő-motoros óra tulajdonképpen még mechanikus órának tekinthető, mivel tisztán mechanikus elven működő lengőrendszer az időalap, csupán az energiaellátás elektromos. Érdekességként megjegyzendő, hogy a hangvillás elvre építve a XX. század első felében kísérleteztek olyan órákkal, amelyeket mechanikus elven gerjesztettek (kis kalapács ütögette a hangvillát), ám ezeket a konstrukciókat nem sikerült a gyakorlatban ténylegesen használhatóvá tenni.
A következő lépés a tisztán elektronikus időalap kialakítása volt. Ezen irányú kutatások egyik eredményeképpen született meg a kvarcóra. Ez az óra a kvarckristály piezoelektromos tulajdonságain alapul, amely lehetővé teszi, hogy elektronikus áramkör rezgéskeltő elemeként funkcionáljon, miközben a kvarckristály a mechanikus tulajdonságai által (mérete és csiszolása) meghatározott rezgési frekvenciáját nagyon stabilan tartja. Az első kvarcórát 1928-ban Morrison készítette. Ez még elektroncsöveket használó, ruhásszekrény méretű, mázsás szerkezet volt, de már ez is napi 0.001s járáseltérést tudott produkálni. A kvarc karóra a 60-as évek végén - a japán SEIKO műveként - jelent meg. Itt már a ma szabványosnak tekinthető 32768 Hz frekvenciájú kvarckristályt alkalmazták. Azért éppen ezt, mert ez már megfelelően kicsi méretű, de még jól megmunkálható (ezért pontos) kvarckristályt feltételezett, miközben egy 15 bites, aránylag egyszerű osztóval előállítható volt az 1 Hz-es impulzus a mutatószerkezet másodpercenkénti léptetéséhez. Itt ún. léptető-motort alkalmaztak. Ez egy nagyon egyszerű szerkezet, amely egy elektromágnes két pólusa közé helyezett kerekre esztergált mágneses dipólusból áll. Az elektromágnesre kapcsolt feszültség polaritásának minden váltásakor a kis dipólus végez egy félfordulatot. Ezzel közvetlenül hajtják a kerékrendszert. A kvarcóra mechanikák eleinte még jellemzően precíz, egyszerűnek nem nevezhető szerkezetek voltak, és az aránylag kis integráltsági fokú elektronika elhelyezése is gondokat okozott. A mechanika idővel egyre egyszerűbbé vált, az elektronika is ugyan egyre intelligensebb, ügyesebb lett, de fizikális kivitelében nagyon leegyszerűsödött, egy piciny, minimális helyigényű nyomtatott áramköri lapra korlátozódik. Alább látható egy 1970-ből származó minőségi OMEGA kvarcóra szerkezete. Látható az aránylag nagy elektronika gondosan árnyékolt elhelyezése, valamint a terjedelmes, bonyolult mechanika. Itt még bonyolultabb, belső tekercses léptető-motort használtak, amelyben 4 tekercs volt. Mellette látható egy mai korszerű, kifejezetten minőségi 7 köves ETA szerkezet. Felismerhető a szerkezet felső részén a léptetőmotor tekercse, a jobb oldalon kis fémhengerként a kvarckristály tokja, mellette a kiöntött chip. Az elemtől jobbra felfelé látható kis csapágylemez hordozza gyakorlatilag az egész mechanikát, csak az állítószerkezet nyert ezek kívül elhelyezést.
A kvarcóra mechanika további előnye, hogy egyszerűvé teszi a komplikáltabb mechanikák kialakítását. További mutatók, segédszámlapok meghajtása nagyon egyszerűen megoldható, nem kell összetett áttételeket kialakítani, mint a hagyományos mechanikus óránál, hanem egyszerűen további léptetőmotorokkal közvetlenül lehet meghajtani a segédszámlapokat. Ezt illusztrálandó látható alább egy BREITLING TRANSOCEAN kronográf, mellette a szerkezet képe. Mint a szerkezet képén látható, a kronográf meghajtásáról további léptetőmotorok gondoskodnak, ebben az órában összesen 5 motort számolhatunk össze! Bár ez bonyolult megoldásnak tűnik, de a léptetőmotorok által meghajtott áttételek nagyon egyszerűek, egy-két fogaskerékből állnak, különösebben precíznek sem kell lenniük, ezért ezek a szerkezetek sokkal olcsóbbak a mechanikus szerkezeteknél. A kis szerkezeti igénybevétel miatt ezek az órák még akkor is aránylag hosszú élettartamúak lehetnek, ha a szerkezet csapjai nem kőcsapágyakban forognak, és a fogaskerekek, valamint maga a szerkezet alaplemeze is gyakran erős műanyagból készül. Igaz, ha viszont elromlanak, akkor sokszor nem is javíthatóak. Természetesen készülnek minőségi, gondosan csapágyazott, megmunkált szerkezetek is (mind a három, példaképpen bemutatott óramű ilyen), ezek várhatóan az átlagos mechanikus órákkal vetekedő élettartamúak lesznek. Kérdés persze, hogy néhány évtized múlva lesz-e hozzájuk elem, és egy előbb-utóbb szinte elkerülhetetlenül elöregedő és meghibásodott elektronikát hogy lehet majd megjavítani… Egy minőségi mechanikus óra talán több ezer év múlva is üzembe helyezhető lesz!
Az elektronika térhódításával megjelentek a tisztán elektronikus működésű órák, ahol a kijelzés is elektronikusan történt. Ez eleinte fényemittáló diódákkal (LED) történt, ezek voltak a gombnyomásra pirosan világító órák. A LED-ek nagy áramfelvétele azonban kizárta a folyamatos kijelzést. Ezt a folyadékkristályos kijelzők (LCD) tették lehetővé. Ezek bizonyos anyagok azon tulajdonságát használják ki, hogy azok polárszűrőként viselkednek, és elektromos tér hatására fényt polarizáló síkjuk 90 fokkal elfordul. Így két üveglap közé bevitt folyadékkristály réteg elé polárszűrőt helyezve elektromos feszültséggel vezérelhető az átlátszóság. Mivel a szerkezet nagy szériában hihetetlen olcsón állítható elő, ezért a 80-as években az ilyen órák lehengerelték a piacot. Alább egy ilyen "filléres" kvarc karóra "szerkezete" látható:
A képen a piros nyíl az időalapot adó rezgőkvarcot, a sárga nyíl a vezérlő chipet mutatja, amely a digitális osztó-számlálót, valamint az LCD kijelzőt vezérlő áramköröket tartalmazza. A kék nyíl a kijelzőt megvilágító rizsszem izzót mutatja, míg az áramköri lemeztől jobbra az LCD kijelző látható.
Az LCD azonban érzékeny a hőmérsékletre, és az egyszerű kivitelű órák nem tűntek ki megbízhatóságukkal. Ráadásul szeretni sem nagyon lehet az olcsó, "kacat" benyomást keltő kis műanyag rémségeket. Mi több, az emberek zöme ráébredt, hogy az időt igazán a hagyományos, mutatós, analóg kijelzőn lehet a legjobban figyelemmel kísérni, így lassan a kvarcórák zöme ismét mutatós kivitelben készült, mára ez egyértelműen dominál, az órák túlnyomó többsége mutatós, és valóban igényes, minőségi – tehát már viszonylag drága – óra digitális kijelzéssel úgyszólván egyáltalán nem készül. Az elem problémáját kiküszöbölendő időközben - kissé a mechanikus órák irányába lépve vissza - többféle rotoros feltöltésű (AutoQuartz, Kinetic, MecaQuartz stb.) szerkezetet fejlesztettek ki. Alább látható az e téren úttörő SEIKO KINETIC nevű órájának szerkezeti sémája. A kép jobb oldali részén látható kerékrendszerrel analóg módon működik minden mechanikus kvarcóra. Sajnos eleinte a szerkezet gyenge pontja volt a generátor nagyon nagy fordulatszámából (akár 100 ezer fordulat/perc!) következő nagy szerkezeti igénybevétel, valamint az energiatároló akkumulátorok véges élettartama. Mára ezek a szerkezetek kiforrottak lettek, és egyfajta átmenetet képviselve a mechanikus és elektronikus órák között egyre nagyobb tért hódítanak. Akkumulátorok helyett egyre inkább nagy kapacitású kondenzátorokat használnak, amelyek ugyan jóval kisebb energiamennyiséget tudnak tárolni, így jellemzően pár hét a feltöltött óra járástartaléka, de viszont nem öregednek, és élettartamuk elméletileg korlátlan. Előfordul, hogy a jobb mechanikus órákhoz hasonlóan ezen órák tokja is üveg hátlapot kap, mivel a forgó rotoros szerkezeten „van mit megmutatni”, ellentétben a legegyszerűbb kvarcóra szerkezetekkel, amelyeket jobb elrejteni a tulajdonos szeme elől…
A kvarcóra pontossága a kvarc rezgésének pontosságától függ. Ez azonban a mechanikus megmunkálás pontosságán múlik, ebből adódóan olcsó kvarcórák meglepően pontatlanok is lehetnek. Ezt kiküszöbölendő önmagában pontos időalapot keresve fejlesztették ki a jelenleg használatban levő legpontosabb órákat, az atomórákat. Itt gerjesztett cézium atomok nagyon stabil (10-11 , 10-12 pontosság) sajátrezgését használják ki. Mivel a szerkezet még jelenleg sem készíthető hordozhatóra, ezért ezeket stabil időalapként használják. De mivel ezen időalapok digitális rádióadásként egész Európában vehetőek (a Frankfurti adó sugározza a DCF órák számára a jelet), ezért olcsón szert tehetünk atomóra pontosságú "radio-controlled" órára. Ezek az atomóra időalap pontosságát kihasználva évi néhány tízezred másodpercnél nem nagyobb eltéréssel járnak.
És természetesen a mechanikus órák fejődése sem állt le. Az 1990-es években korábban sohasem látott minőségben készülnek a sorozatgyártott (ETA, Frédéric Piguet, Lemania) szerkezetek, és az ezekkel készült órák. Elterjedt a karcolásnak ellenálló zafír üveg, a minőségi nemesacél tok. Általánosságban elmondható, hogy a ma készülő középkategóriás mechanikus órák minősége, tartósága és pontossága a néhány évtizeddel ezelőtti csúcskategória tulajdonságaival vetekszik. Ugyanakkor az egyedi szerkezetek gyártása – sokak sajnálatára – háttérbe szorult, jellemzően a nagy „nevek” is a fentebb említett szerkezetgyártók termékeire építenek, bár gyakori, hogy a gyári szerkezetek alapos átalakításon, feljavításon esnek keresztül. Igazi „manufaktúrának”, tehát saját szerkezetet gyártó cégnek ma már kevés minősül, ilyen az Audemars Piguet, Patek Philippe, Rolex, Zenith, Lange, Jaeger-LeCoultre, Glashütte Original, Chopard, IWC de egy-egy saját szerkezetet azért még sokan gyártanak, sőt újabban ismét rang bekerülni ezek közé, így a jelentősebb gyártók is törekszenek saját szerkezetet készíteni legalább a csúcskategóriás óráik, a „zászlóshajók” számára. Emellett mára gyakorivá vált, hogy a jobb mechanikus órák megfelelnek a C.O.S.C kronométer minősítés követelményeinek. Érdemes megismerkedni ennek a követelményeivel:
A C.O.S.C
minősítés menete:
|
1.nap |
20
Celsius korona oldalt |
A fenti feltételek mellett az elfogadott eltérés legfeljebb +6/-4 másodperc
naponta.
A mechanikus óramű mára több évszázados kiforrottsággal büszkélkedhet, újat kitalálni – főleg, hogy az valós előnyökkel is járó újdonság legyen - már nagyon nehéz. Az utóbbi idők egy érdekes újdonsága – amely feltehetően szélesebb körben is el fog terjedni – a dr. George Daniels által kifejlesztett új gátszerkezet konstrukció, amelyet az Omega Co-Axial néven kezdett gyártani. Ez a szerkezet tulajdonképpen önmagában nem feltétlenül pontosabb, mint a már megismert svájci horgony-gátszerkezet, de jóval hibatűrőbb, kevésbé érzékeny a szennyeződésre, és sokkal ritkában igényel olajozást, karbantartást. Ez a konstrukció elérhetővé teszi, hogy mechanikus karóránkat csak 15-20 évente kelljen karbantartani, és ez nagy eredmény, ezzel a mechanikus automata szerkezet a kvarcóráknál is kevesebb törődést igényel! E szerkezet működése elsősorban arra épít, hogy a gátkerék fogain súrlódó-csúszó horgonykövek helyett ütközéses kapcsolatok legyenek, a horgonykövek elsősorban nem csúsznak a gátkerekek fogain, hanem azok mintegy „tolják” maguk előtt őket. Ezért kevésbé kopnak, és a kisebb súrlódás miatt a kenőanyag sem olyan fontos. Érdemes megismerkedni e szerkezet felépítésével és működésével:
|
|
|
És bár nem tartozik szorosan a szerkezetekhez, de az órákban felhasznált anyagokról is érdemes szót ejteni!
Az órák készítésénél felhasznált legelső anyagok voltak: a vas, a réz, a nemesfémek és a fa.
- Ez utóbbit, tehát a faanyagokat nagyon sokáig mint szerkezeti anyagot is használták, a jó minőségű, jól megválasztott párosítású és gondosan kivitelezett fa szerkezeti részek igen tartósak, még ingaórák gátszerkezeténél is megfelelő tartósság és pontosság érhető velük el. A fa tulajdonságai mindazonáltal kis óraszerkezetek elkészítését nem teszik lehetővé, de említésre méltó, hogy John Harrison első, még igencsak asztali méretű hajóórájának fő szerkezeti anyaga is a fa volt, és az óra bizony nagyon pontos volt!
- A XV. és XVI. század óráinak igen jellemző szerkezeti anyaga volt a vas. Sajnos – az eleve igen csekély példányszámon túlmenően - főleg ennek köszönhető, hogy igen kevés maradt fenn ezekből, hisz a korrózió a legtöbbel csúful elbánt. De ha láthatóan vasszerkezetű, kanálbillegős óra kerül a kezünkbe, akkor biztosan tudhatjuk, hogy az ebből az időszakból származó, komoly értéket képviselő szerkezet.
- A későbbiekben – mint sokkal célszerűbb anyagot – a rezet, főleg a sárgarezet használták a legtöbb esetben. A mai napig szinte kizárólag ebből készülnek a csapágylemezek, a fogaskerekek koszorúi, a rugók házai. Korrózióvédelmi és díszítési okokból – főleg a csapágylemezeket – sokszor látják el valamilyen felületvédelemmel, aranyozik, nikkelezik őket. Normál használat mellett ezek örök életűek, ha az óra nem ázik be, akkor a réz alkatrészek tönkremenni soha nem fognak.
- Acélból készülnek a tengelyek, a hajtórugó és sokszor a fogaskerekek kis magkerekei is. Az óraiparban alkalmazott finomacélok korántsem korrózióállóak, ezért vigyázni kell, hisz egy komolyabb – pláne sós, tengervizes beázás – a legkiválóbb óraművet is jóvátehetetlenül tönkreteheti. Orvosi minőségű, korrózióálló, nikkelmentes nemesacélokat alkalmaznak a jó minőségű tokok készítésére. Ezek erős, tartós és nagyon szép órák készítésére alkalmas ötvözetek.
- Kezdetektől fogva alkalmazták – elsősorban tok készítésére, de esetenként szerkezeti anyagként is – a nemesfémeket. A jó minőségű, de még nem luxuskategóriába szánt zsebórák anyaga rendszerint ezüst volt, itt jellemzően 800-as finomságú (80%-os), vagy ennél tisztább ezüstötvözeteket használtak és használnak manapság is. Az ezüst nemesfémként a hiedelemmel ellentétben nem oxidálódik, de a levegő kéntartalma megtámadja, rajta csúf, fekete, ezüst-szulfid réteg keletkezik, amely iparilag szennyezett környezetben olyan gyorsan megjelenik, hogy ilyen helyen az ezüsttárgyak rendszeres tisztítása elkerülhetetlen.
- Aranyból rendszerint az igényes, luxuskategóriás órák tokjai készülnek. A legalább 14k-os (58.5%-os) tisztaságú aranyötvözeteket hétköznapi környezetben vegyileg nem támadja meg semmi, így kíméletes használat mellett gyakorlatilag örökké szépek és hibátlanok maradhatnak.
- Platinából – tekintve, hogy némileg még az aranynál is drágább, és magas olvadáspontja miatt nehezebben megmunkálható – már végképp csak luxuskategóriájú órák tokjai készülnek. A platina szépen kiemeli a gyémánt csillogását, így sokszor alkalmazzák brillberakású luxusórák anyagaként is.
- Nem nemesfém, de a köznapi életben hasonló tulajdonságokat mutat a titán is. A titán valójában a földkéreg egyik igen gyakori eleme, de mivel igen intenzíven oxidálódik, ezért tiszta, fémes formájában gyakorlatilag nem fordul elő. Fellelni titán-oxid (rutil) formájában lehet, és ebből az állapotából meglehetősen költséges eljárás után nyerhető vissza a fémtitán. Ebből adódóan ára a mai napig megközelíti az ezüstét, tehát – ha nem is nevezhető nagyon drágának – de nem olcsó anyag. Levegőben az alumíniumhoz hasonlóan vastag, tömör oxidréteg fedi, amely további korrózióját megakadályozza, és vegyileg igen ellenálló. A titán az acéllal vetekedő szakítószilárdságú, mi több, az acélt meghaladó rugalmasságú anyag, miközben sűrűsége nagyjából fele az acélénak. Az oxidréteg miatt élettanilag teljesen közömbös, antiallergén anyag, ezért az orvosi műszeripar is használja. Óratok-készítésre akár ideálisnak is tűnhetne, de van két előnytelen tulajdonsága is: aránylag lágy, így karcoknak, ütésnek nem áll úgy ellen, mint az acél, és még polírozva is matt, szürke, az emberek többsége számára nem igazán tetszetős anyag. Sportórák számára azonban szinte ideális, itt az utóbbi évtizedekben erősen el is terjedt.
- Modern anyagok a különböző fémoxid-kerámia anyagok. Ezek könnyű fajsúlyuk mellett igen nagy keménységükkel tűnnek ki, belőlük szinte elpusztíthatatlan, emellett szép és könnyű tokot-csatok készíthetőek. Megmunkálni és elkészíteni azonban nem könnyű ezeket, ezért meglehetősen drágák.
- A különféle „pótanyagokat” csak futólag említeném, mint az olcsó, „eldobható” órák tokjainak alapanyagait. Ilyenek a spiáter (törékeny, de igen jól önthető, olcsó cinkötvözet), amely nagyon olcsó órák és távol-keleti hamisítványok gyakori alapanyaga és a különféle műanyagok. Ezekből valóban tartós holmit készíteni nem lehet, de rövid élettartamú divatórák tetszetős kivitelű elkészítésére alkalmasak.
|
|
A fontosabb és érdekesebb anyagok és azok megmunkálásának lehetőségeit érdemes kicsit részletesebben is körüljárni! Ezért kicsit bővebben ejtsünk szót az arany, az ezüst, a réz és az acél óraipari szerepéről!
Az acél szénnel, és adott esetben más ötvözőfémekkel készült vasötvözet. A színvas (lágyvas) mechanikai tulajdonságai nem különösebben kiemelkedők (sűrűsége 7.86g/cm3, olvadáspontja 1525°C), nem sokkal erősebb anyag a réznél, de a szénnel alkotott ötvözete az acél már igen lényeges javulást mutat keménységben és szilárdságban. Az 1.7%-ot nem meghaladó széntartalmú vasötvözetek az acélok, óraipari jelentőséggel ezek bírnak. A széntartalom függvényében erősen változhat az acélok tulajdonsága, leegyszerűsítve elmondható, hogy a 0.1-0.6% közötti széntartalmú acélok szívósak, ezeket elsősorban gépalkatrészek készítésére használják. A 0.6-1.7% közötti széntartalmú acélok hőkezeléssel nagyon keményre edzhetőek, él-tartó, erős anyagok, ezért ezeket szerszámacéloknak nevezik. Egyéb ötvözőfémekkel (króm, nikkel, mangán, kobalt, szilícium, berillium, wolfram stb..) további jelentős javulás érhető el a mechanikai és vegyi tulajdonságokban. A 3% feletti széntartalmú ötvözetek jól önthető vasak, de az óra és műszergyártásban nem különösebben használtak. Óraipari jelentősége talán leginkább az alábbi ötvözeteknek van:
- Invár-acél: 36% nikkel, 0.5% mangán, 0.5% szén és 63% vas ötvözete. Hő-tágulási együtthatója nagyon kicsi, ezért precíziós órák billegőjét, ingaórák ingaszárát készítik-készítették ebből.
- Elivár-acél: 36% nikkel, 12% króm, valamint mangán és wolfram tartalommal. Főleg spirálrugókhoz alkalmazzák.
- Nivarox-acél: 30% nikkel, 6-8% wolfram, 1% berillium és 61-63% vas ötvözete. Elsősorban hajszálrugókhoz alkalmazzák, igen kis hő-függésű, nem oxidálódó, nem mágnesezhető tulajdonságú.
- Contracid és Nivaflex acélok: Berilliumtartalmú acélötvözetek, elsősorban hajtórugók számára. Nem mágnesezhetőek és kis hő-függésűek, nagy szakítószilárdság mellett.
- Nirosta-acél: 14-20% króm, 12% nikkel, 0.4% szén és 74-67% vastartalommal. Óratokokhoz, csatokhoz használják, nem rozsdásodó, igen erős anyag. Nem teljesen antiallergén, az utóbbi időben nikkelmentes ötvözetek veszik át szerepét.
A szerkezeti acélokat, tengelyeket megedzik, amivel felületi keménységüket ugrásszerűen megnövelik, így sokkal tartósabb, kopásállóbb alkatrészek állíthatóak elő. Az edzés az acél felmelegítése utáni hirtelen lehűtéséből áll, ekkor más kristályszerkezetű (martenzites), üvegkemény anyag alakul ki. Az edzés egyszerű szénacélnál 750-800°C közötti, ötvözött acéloknál 900-1300°C közötti hőmérsékletre hevítés utáni folyadékban történő lehűtéssel történik. A hűtés sebességétől függ, hogy milyen kemény lesz az anyag, így a hűtőfolyadék hőelvonó képessége itt meghatározó. Leggyorsabban sós vízben hűl az anyag, kisebb sebességgel hűtik le a különböző olajok, de lassú edzéshez, kisebb keménységhez levegővel is hűthető az anyag. Az üvegkeménységet megeresztéssel szokták kissé kilágyítani (hogy kevésbé legyen törékeny). Ez úgy történik, hogy az edzett acélt adott hőmérsékletre hevítik és 5-20 percig így hagyják. A felszínen átalakuló szerkezetű acélkéreg jó korrózióvédelmet ad (bár azért nem lesz tőle az anyag teljesen korrózióálló), és homogén módon elszíneződik, ez a megeresztési szín. Ez a szín a hőmérséklettől függ, és ez néz ki:
200°C világossárga
220°C szalmasárga
240°C barna
260°C bíborvörös
280°C ibolya
290°C sötétkék (ez a leggyakoribb)
300°C búzavirágkék
320°C világoskék
350°C szürke
Ilyen, elsősorban kékre edzett acéllal nagyon gyakran találkozhatunk az órákban, szerkezeti elemek, csavarok, mutatók szokásos felületvédelmi módja az ilyen hőkezelés.
|
|
A rezet az óraiparban mint szerkezeti anyagot a kezdetektől használták. A tiszta vörösréz (sűrűsége 8.9g/cm3, olvadáspontja 1083°C) elég lágy anyag, a hőt, villamosságot kitűnően vezeti, de alkatrészek készítéséhez nem túl alkalmas. Levegőn vékony, jól védő oxidréteg fedi be, így száraz környezetben nem oxidálódik tovább, de a nedvesség megtámadja. A cinkkel alkotott ötvözete a sárgaréz, amely lényegesen jobb mechanikai tulajdonságokkal bír. A réztartalom függvényében nő a lágysága, a 60-63% réztartalmú ötvözet elsősorban öntött, forgácsolt anyag, a 63-90% közötti réztartalmú, lágyabb ötvözetek inkább alakíthatóak, hengerelhetőek. A 80% fölötti réztartalmú ötvözet a tombak, amely ékszerekhez, tokokhoz használatos, jól megmunkálható anyag. Ha a sárgarezet nikkellel is ötvözik, alpakkát kapunk, amely az ezüsthöz hasonló megjelenésű és tulajdonságú anyag. Tokok, esetleg hidak készítésére használatos. Ónnal ötvözve bronzot kapunk, amely jól önthető anyag, elsősorban nagy órák szerkezeti és tokanyaga. De az ón helyett alumíniumot használva (alumíniumbronz, 4-10% alumíniumtartalommal) szilárd és korrózióálló anyagot kapunk, ezt használják szerkezeti elemekhez, míg berilliummal (2-2.5% berillium) ötvözve nagyon kemény és szilárd anyagot kapunk, amit billegő-koszorúk és igénybevett tengelyek készítésére is használnak.
|
|
A nemesfémek felhasználása is igen gyakori az óraiparban. Használják szerkezeti anyagként is őket, de elsősorban nagy értékű tokok, csatok készítésére használatosak. Legritkábban a platinával találkozhatunk. A platina is drágább és kissé nehezebb is az aranynál (sűrűsége 21.4g/cm3, olvadáspontja 1773°C). Ezüstszínű fém, jól kiemeli egyes drágakövek, különösen a gyémánt fényét, így ékszerórák tokjaihoz használatos. Az ékszeripar kizárólag a 95%-os (950-es) tisztaságú formájában használja, de megemlítendő, hogy 10% irídiummal ötvözve hétszer keményebb és ötször szilárdabb, rendkívül kis hőtágulási együtthatójú anyagot kapunk, amelyet a műszeripar is hasznosít, ebből az ötvözetből készült például a franciaországi Sèvres-ban található „ősméter” etalon is!
|
|
Az arany gyakran használt, szinte szimbolikus jelentőségű anyag. Nehéz és vegyileg ellenálló (sűrűsége 19.3g/cm3, olvadáspontja 1063°C), jellegzetes sárga színű anyag. Ugyanakkor igen lágy, késsel faragható, nyújtható, könnyen önthető fém. Elsősorban ezért is ötvözik, ötvözetlen színaranyat az óra-ékszer iparban szinte egyáltalán nem használnak. Az arany tisztaságát is ezrelékben adják meg, tehát a 750-es finomságú aranyötvözet 75% színaranyat tartalmaz. De szokásos a régi karátban való megjelölés is, ez azt adja meg, hogy az ötvözet tömegét 24 egységre osztva hány tömegegység belőle a színarany. Ez alapján például a 18 karátos arany 750 ezrelékes ötvözet. Az arany nagy sűrűségét azonban érdemes figyelembe venni, mert ez azt jelenti, hogy egy 14 karátos (585 ezrelékes) réz-arany ötvözet térfogatának több, mint 60%-a réz. Az arany azonban erősen „elfedi” az ötvöző anyag saját tulajdonságait, ezért még a 14, sőt 9 karátos ötvözet is „aranyként viselkedik”, korrózióálló és antiallergén. Az aranyat leginkább rézzel és ezüsttel ötvözik, ezzel a két anyaggal az arany minden mennyiségben vegyül. Rézzel ötvözve az arany vöröses, rózsaszínű lesz, ezüsttel sárgább, zöldessárgább lesz. A két anyag kombinálásával széles színárnyalat-tartomány hozható létre. Nikkel, valamint réz és horgany ötvözésével fehér színű aranyötvözet jön létre, ez a fehérarany. A nikkel erősen allergén hatása miatt (amit azért az arany jól elfed) az ékszeripar fehéraranyat palládium ötvözésével is állít elő. Megemlítendő, hogy az ókorban használt volt, de manapság nem használatos az arany vassal való ötvözése, amely csodálatos színű kék aranyat eredményez. Újabban alkalmazott, sajátosan modern anyag az arany alumíniummal történő ötvözésével létrehozható, lila színű arany.
Az aranyat bevonó anyagként is gyakran használják. A felületre galvanizálással vagy hengerléssel feljuttatott arany szép és ellenálló megjelenést ad, bár használati tárgyaknál, óratokoknál, ékszereknél természetesen a kopás előbb-utóbb elbánik vele. A galvanizálásnál elektrolízissel választják le az anyagot az adott felületre. Itt tiszta arany válik ki, ami nem nagyon jó kopásállóságú, és galvanizálással nem is lehet minden fémet bevonni vele. A doublé v. plaqué, plaké bevonatok melegen hengerléssel készülnek. Itt használhatnak aránylag vastag és ötvözött aranyat, amely tartósabb, ellenálló felületet ad. A bevonat vastagságát a tárgyon, az óratokokon általában feltüntetik, esetenként a bevonat minőségét is. Így például egy 20 mikron vastag, 14 karátos aranybevonatot jelölhetnek egyszerűen a 20µ felirattal, vagy a 20µ/585 jelöléssel is. Ha a hordozó is nemesfém (ezüst szokott lenni), akkor esetenként az is jelölik, a 800/30µ 750 felirat 80%-os tisztaságú ezüst hordozón 30 mikron vastagon hengerelt 750-es (18 karátos) aranybevonatot jelöl. Az ékszeriparban amúgy elvileg bármilyen ötvözetet alkalmazhatnak, de ma legjellemzőbb a 916-os (22k), a 750-es (18k), az 585-ös (14k) és 375-ös (9k) ötvözetek használata. Az ötvözetet hitelesítő fémjelek is ma ezekhez az ötvözetekhez vannak.
|
|
Az ezüst fehér színű, az aranynál-platinánál csaknem kétszerte könnyebb, de így is elég nehéz fém (sűrűsége 10.53g/cm3, olvadáspontja 961°C). Jól nyújtható, de az aranynál keményebb, nem túl könnyen önthető, ugyanakkor ötvözésnél az aranyhoz hasonlóan jó színelfedő hatása van (50% rézzel ötvözve még fehér az anyag). Kémiailag nem oly ellenálló, mint az arany, és bár a levegőn nem oxidálódik, de a kéndioxid megtámadja, és fekete ezüst-szulfid réteget képez, amely különösen iparilag szennyezett levegőjű térségekben, városokban hamar kiül rajta. De ez könnyen eltávolítható. Az ezüstöt is gyakran ötvözik szilárdsága növelésére, elsősorban rézzel. Az ezüst finomságát mindig ezrelékben adják meg (1867 előtt latban számoltak, egy lat az 1/16-od rész, tehát egy 16 latos ötvözet színezüst, a 14 latos 875-ös finomságú). Ma az alábbi finomsági fokok használatosak: 925 (sterling ezüst), 900, 835 és 800 ezrelék. De találkozhatunk sok más összetétellel is, mindazonáltal 800-as finomságnál kisebb ezüsttartalmú ötvözet nemigen használatos.
|
|
A nemesfémeket hivatalosan kis, a fémbe nyomott pecséttel fémjelezhetik, ez jelent egyfajta garanciát az anyag minőségét illetően. Régebbi órákon ez nem mindig fordul elő, a magánimportban behozott órákon gyakran nincs is hazai fémjel, és például az USA-ban a mai napig nem kötelező a hivatalos fémjelzés a kereskedelmi forgalomba kerülő nemesfémtárgyakra, bár a tisztaság fokát számmal szinte mindig ráírják (14K GOLD, stb.). Ezzel együtt érdemes megismerkedni a hivatalos fémjelekkel, mert így egy kezünkbe kerülő nemesfémtokos óráról alkalmasint könnyebben eldönthetjük, mind a korát, mind az anyag finomságát:
A belföldön készült
nemesfémtárgyak fémjelei 1867 és 1937 között az alábbiak voltak
(platinatárgyakra külön fémjel ez időben nem volt):
Nagyméretű aranytárgyak (zsebórák) esetén:
|
|
|
|
|
|
920 (22K) |
840 (20K) |
750 (18K) |
580 (15K) |
Kisebb méretű aranytárgyak, ékszerek, karórák esetén:
Nem volt fémjel
|
Nem volt fémjel
|
|
|
|
920 (22K) |
840 (20K) |
750 (18K) |
580 (15K) |
Nagyobb ezüsttárgyakra, zsebóratokokra:
|
|
|
|
|
|
950 |
900 |
800 |
750 |
Kis ezüsttárgyakra, karórákra:
|
Nem volt fémjel |
Nem volt fémjel |
|
|
|
950 |
900 |
800 |
750 |
- A külföldről behozott, import nemesfémtárgyakra 1867 és 1937 között az alábbi fémjeleket alkalmazták (a finomságot külön számmal jelölték, de csak ha azt az eredeti, külhoni fémjel nem jelezte):
1867-1868 között:
1868-1872 között
|
|
|
|
Arany |
Ezüst |
1872-1902 között
|
|
|
|
Arany |
Ezüst |
1902-1937 között
|
|
|
|
Arany |
Ezüst |
|
|
1937 után egészen 1966-ig új fémjeleket alkalmaztak. Ezek belföldön készült nemesfémtárgyakra így néztek ki:
Platina tárgyakra, 950 ezrelék finomság esetén:
Nagyméretű aranytárgyak esetén:
|
|
|
|
|
|
986 (24K) |
900 (22K) |
750 (18K) |
585 (14K) |
Kisebb méretű aranytárgyak esetén:
|
|
|
|
|
|
986 (24K) |
900 (22K) |
750 (18K) |
585 (14K) |
Nagyobb ezüsttárgyakra:
|
|
|
|
|
935 |
900 |
800 |
Kis ezüsttárgyakra:
|
|
|
|
|
935 |
900 |
800 |
- Az import nemesfémjelek is megváltoztak, azok 1937-1966 között így néztek ki:
Platina tárgyakra, 950 ezrelék finomság esetén:
Aranytárgyak esetén:
|
|
|
|
|
|
986 (24K) |
900 (22K) |
750 (18K) |
585 (14K) |
Ezüsttárgyakra:
|
|
|
|
|
935 |
900 |
800 |
|
|
Hogy „el ne puhuljunk”, azért 1966 után ismét megváltoztak a fémjelzések, és 1999-ig az alábbi jelölések voltak érvényben:
- Belföldön készült nemesfémtárgyakra:
Platina tárgyakra, 950 ezrelék finomság esetén:
Aranytárgyak esetén egységesen:
|
|
|
|
|
|
916 (22K) |
750 (18K) |
585 (14K) |
333 (8K) |
Nagyobb ezüsttárgyakra:
|
|
|
|
|
|
925 |
900 |
835 |
800 |
Kis ezüsttárgyakra:
|
|
|
|
|
|
925 |
900 |
835 |
800 |
- Az import nemesfémjelek:
Platina tárgyakra, 950 ezrelék finomság esetén:
Aranytárgyak esetén:
|
|
|
|
|
|
916 (22K) |
750 (18K) |
585 (14K) |
333 (8K) |
Ezüsttárgyakra:
|
|
|
|
|
|
925 |
900 |
835 |
800 |
|
|
Végül 1999 után vezették be a ma használatos fémjeleket:
- Belföldön készült nemesfémtárgyakra:
Platina tárgyakra, 950 ezrelék finomság esetén:
Aranytárgyak esetén egységesen:
|
|
|
|
|
|
916 (22K) |
750 (18K) |
585 (14K) |
375 (9K) |
Ezüsttárgyakra egységesen:
|
|
|
|
|
|
925 |
900 |
835 |
800 |
- Az import nemesfémjelek:
Platina tárgyakra, 950 ezrelék finomság esetén:
Aranytárgyak esetén egységesen:
|
|
|
|
|
|
916 (22K) |
750 (18K) |
585 (14K) |
375 (9K) |
Ezüsttárgyakra egységesen:
|
|
|
|
|
|
925 |
900 |
835 |
800 |
|
|
Zárszó:
Az 1990-es évektől a mechanikus órák új reneszánszukat élik. Az olcsó kvarcórák silány minősége nem teszi boldoggá az emberek nagy részét, akik egész egyszerűen szép és szerethető tárgyakat szeretnének. A mechanikus órának "lelke" van, gondoskodni kell róla, időnként be kell állítani, együtt kell vele élni. A kvarcóra pontosabb ugyan, de a hétköznapi életben ennek igazi jelentősége nincs. Viszont a mechanikus órában nem a legrosszabbkor fog kimerülni az elem, vagy megvakulni az LCD a napsütéstől. Persze ezek az órák drágábbak, de közülük már a középkategóriás példányok is akár életre szólóan társaink lehetnek.
SOKÁIG ÉLJEN A BILLEGŐ!