Часы. От гномона до атомных часов - Станислав Михаль

Для дешевых народных часов немецкого происхождения, производившихся в конце XVIII и начале XIX в., большой популярностью пользовался шварцвальдский анкерный спуск с анкером, свернутым из стального листа. Наименование спуска произошло от немецкого слова «шварцвальд» (черный лес), области в Южной Германии, точнее, в южной части Гохшварцвальда, включающей Нойштадт, Вальдау, Урах, Ференбах, Триберг, Симонсвальд, Гютенбарх, Виллинген, Ст. Герген, Эльзах, Вальдкирх и прежде всего Фуртванген. Оттуда в начале XVIII в. начало распространяться производство «шварцвальдок» — деревянных часов с боем, первоначально со шпиндельным спуском и балансом, а затем и с анкерным шварцвальдским спусковым механизмом.

Привод грузом (гирей) был надежным и простым, однако он привязывал часовой механизм к одному месту, а этим сильно ограничивал возможности его более широкого использования. Развитие ремесел и торговли выдвинуло на передний план значение времени и ускорило изыскание новых средств для привода часов и для их превращения из неподвижного прибора в передвижные часы, способные указывать время в любом положении, в покое и в дороге.

Первые переносные механические часы изготовил, по всей вероятности около 1510 г., нюрнбергский слесарь Петр Генлейн (которого называли Геле, умер в 1541 г.), когда он заменил гирю плоской спиральной пружиной. Йоганн Коклеус (1479-1522) в учебнике, изданном в 1512 г. в Нюрнберге, написал о Петре Генлейне и его часах следующее: «Молодой мужчина, Петр Генлейн, конструирует приборы, которые удивляют самых талантливых математиков, так как он из куска железа производит хорологию со многими колесами. Такую хорологию можно носить в любом положении, поскольку она не имеет гири, и даже в кармане пиджака или в мешочке они ходят по 40 часов и бьют». Во Франции первым изготовителем местных портативных часов считали Жака де ля Гарде, работавшего в 1551-1565 гг. в Блуа. Самые старые его пружинные часы, изготовленные в 1561 г., хранятся теперь в Лувре. Успешные опыты с созданием комнатных, приводимых пружиной, часов имеют, однако, немного более давнее происхождение. Самыми старыми пружинными часами в истории мирового часового производства являются, по-видимому, бронзовые полуметровые настольные часы с готической двухбашенной кафедральной архитектурой и сложным механизмом боя, изготовленные около 1430 г. для бургундского герцога Филиппа Доброго. В настоящее время эти часы относятся к самым ценным экспонатам музея в Нюрнберге.

Пружинный привод часов, принцип которого был заимствован от механизмов движущихся фигур-автоматов XIII в., открыл путь к миниатюризации часов, которые до сих пор строились сперва в виде настольных, а затем в виде подвесных дорожных часов, а с середины XVI в. — и в виде малых карманных часов. Яйцеобразная поверхность их футляра украшалась художественными гравюрами и была гордостью южногерманских часовщиков. Эти часы вошли в историю хронометрии под названием «нюрнбергские яйца».

Эти переносные часы имели шпиндельный механизм с большим двуплечим билянцем. У некоторых немецких часов XVI в. маховик имел не круглую, а ложкообразную форму. Для управления ходом этих примитивных регуляторов тогдашние часовщики использовали упругие упоры из щетины. Изменением расстояния между упорами меняли размах колебания маховика, а этим и его частоту. Чешский часовщик Якуб Цех, работавший в Праге в первой половине XVI в., изготовлял цилиндрические настольные часы с круглым балансом.

Как и в маятниковых часах, шпиндельный спуск и здесь не способствовал получению большой точности. Если у маятниковых часов изохронность колебании была обусловлена малыми амплитудами маятника, то у балансового осциллятора дело обстояло наоборот. Это понял впервые лишь в XVII в. автор первых маятниковых часов Гюйгенс, который одновременно занимался и проблемами регуляторов портативных часов. Стремясь увеличить амплитуду балансов, он вложил сначала между спуском и балансом зубчатую передачу, но колебания баланса были медленными и, кроме того, они передавали на баланс все погрешности и изменения ведущей силы часовой пружины. Вторая идея, с которой выступил Гюйгенс около 1674 г., была более удачной и даже успешной и до сих пор используется в практике часового производства. К прежнему маховику он присоединил спиральную пружину-волосок, которая действовала при отклонении баланса от нейтрального положения. Таким образом возник первый действительно балансовый осциллятор со свойствами, подобными свойствам маятника, но с той разницей, что для маятника требовалась малая, а для баланса, наоборот, большая амплитуда[12]. Гюйгенс не был единственным, который в то время занимался изучением балансовых осцилляторов. Наряду с Робертом Гуком хороших успехов достиг в этом отношении и француз д'Готефей, экспериментировавший с прямыми пружинами.

После введения волоска балансовый шпинделевый спусковой механизм претерпел с течением времени ряд изменений. Например, наклон зубьев на пусковом колесе установился в 30°, первоначально острый угол, образуемый обеими налетами, увеличился до 100°. Типичным признаком карманных часов со шпиндельным спусковым механизмом, известным под народным названием «шпинделевок» (от немецкого «шпиндельхеммунг» — шпиндельный спуск), был сравнительно небольшой баланс, расположенный под отдельным мостиком над нижним основанием механизма (рис. 11).

Рис. 11. Карманные часы со шпиндельным спусковым механизмом (Англия, XVII-XVIII вв.)

Переход от спусков с отходом к спускам без отхода сопровождался рядом экспериментов, направленных на уменьшение неблагоприятных влияний сил, действующих нерегулярно между спусковым механизмом и осциллятором. Переходной конструкцией между этими видами спусков были такие виды этих механизмов, которые имели частично возвратный (реверсивный), а частично спокойный характер или у которых реверсивное движение спускового колеса сводилось к минимуму. Некоторые из этих смешанных спусковых механизмов относятся к таким спускам, при которых осциллятор получал импульс только в одном направлении, причем еще и непосредственно от спускового колеса.

Важный период в истории часовых регуляторов был начат в 1715 г. Томасом Томпионом, учеником знаменитого английского часовщика Джорджа Грагама, построившим первые механизмы спуска без отхода. Первый вариант спуска Грагама (рис. 12а) получил более совершенный вид с характерной формой спускового колеса, изображенного на рис. 12б.

Рис. 12. Спусковые механизмы без отхода: а — первоначальный Грагама; б — усовершенствованный Грагама

Однако в обоих случаях плечи анкера имели различные длины. С внедрением равноплечих анкеров с длинными плечами, охватывающими от 10,5 до 12,5 зуба, и с усовершенствованием формы короткоплечих анкеров был завершен основной этап развития этого, весьма важного вида спуска. Спуск Грагама стал благодаря своему конструктивному совершенству и надежности одним из главных спусковых механизмов, предназначенных для средних и крупных часов повышенной точности. Рабочие поверхности палет его анкера были разделены на поверхность покоя и импульса. Поверхность покоя образует часть окружности, описанной из центра анкера. Подъем анкера, а с ним и амплитуда маятника колеблются у коротких маятников в пределах между 2°30′ и 4°, а у длинных — лишь несколько больше 1°. Спусковое колесо имеет, как правило, 30 зубьев с подрезанными боковыми сторонами, чтобы сохранялся точечный контакт между поверхностями и спусковым колесом. В последующей практике лучше всего привился спуск Грагама, измененный немецким часовщиком Ф. Леонгардом, который заменил импульсные поверхности, представлявшие собой первоначально неразделенную часть плеч анкера, вложенными поддающимися регулированию стальными налетами, закрепленными винтами. Стальные палеты уступили с течением времени в отношении более дорогих и точных часов свое место рубиновым налетам, а позднее — палетам из синтетического корунда. Б.Л. Вуллияма (1780-1854), швейцарец, живший в Лондоне, видоизменил анкер спускового механизма Грагама так, чтобы на нем можно было изменять в небольшом размере охват зубьев.

В 20-х годах прошлого века появился часовой механизм Грагама с анкером, расположенным в перевернутом положении под спусковым колесом. С таким анкерным спуском можно встретиться и у некоторых часов, изготовленных, например, пражским часовщиком Йозефом Божеком (1782-1835).

Йозеф Таддеус Виннерль (1799-1866) решил способ соединения анкера с маятником оригинальным образом. Анкер и стержень маятника у его спускового механизма образовывали одну деталь, подвешенную на пружинной петле. На этой идее были построены часы Берту и некоторых других часовщиков.