Tartalomjegyzék:
Bevezető
Egy mechanikus óra lényegében egy apró, rugóhajtású gép. Egy feltekert acélszalag lassan kienged, a kerekek ezt a lassú forgást felgyorsítják, egy ide-oda lengő kis kerék pedig gondoskodik róla, hogy az egész ne pár másodperc alatt fusson le, hanem negyven-egynéhány óra alatt, egyenletes tempóban. Elem, áramkör, kvarc nincs benne: rugók, fogaskerekek és néhány szintetikus rubin.
Ebben a cikkben végigmegyünk az egészen. Honnan jön az energia, hogyan lesz belőle egyenletes ketyegés, hogyan mutatja ezt a három mutató, mi történik, amikor kihúzod a koronát, hogyan vált a dátum éjfélkor, és hogyan húzza fel magát az automata óra a csuklódon. Minden lépéshez tartozik egy animáció, amit te irányítasz: csúszkával lassíthatod, lépésenként végigkattinthatod, vagy egyszerűen elindíthatod.
Mintamodellnek a Seiko NH35-öt választottuk (a Seiko saját óráiban 4R35 néven fut). Az egyik legelterjedtebb automata szerkezet a világon, rengeteg Seikóban és microbrand órájában ketyeg, és minden benne van, amiről beszélni érdemes: kézi és automata felhúzás, másodperc stop, gyorsan állítható dátum, valamint a Seiko 1959 óta használt magic lever felhúzása. Ahol a cikkben konkrét szám szerepel, az erre a szerkezetre vonatkozik: 21 600 féllengés/óra (3 Hz), több mint 41 óra járástartalék, 23 vagy 24 kő a változattól függően, 27,4 mm átmérő és 5,32 mm vastagság.
Az energia: főrugó és rugóház
Minden a főrugóval kezdődik. Ez egy hosszú, vékony, edzett acélszalag (a régi magyar szakkönyvekben hajtórugó), ami egy kis dobban, a rugóházban lakik. Belső vége a rugóház közepén álló tengelyre, a rugómagra akad, külső vége a rugóház falához támaszkodik. Ha a rugómagot elforgatjuk, a szalag egyre szorosabban tekeredik köré: ez a felhúzás. A felhúzott rugó vissza akar tekeredni, és mivel a rugómag nem tud visszafordulni, a rugóházat kezdi el forgatni. A rugóház peremén fogazás van, ez hajtja tovább az egész szerkezetet.
A nyomatékgörbe szemléltető, nem mérési adat.
A rugó nem ad le egyenletes erőt: teljesen felhúzva erősebben hajt, a vége felé gyengébben. A Seiko a 4R35 használati útmutatójában külön fel is hívja rá a figyelmet, hogy egy teljesen lejárt óra nem indul el azonnal, amint tekerni kezded a koronát: a felhúzás elején kicsi a nyomaték, a másodpercmutató csak akkor indul, ha már elég erő gyűlt össze. Ilyenkor a gyártó szerint nagyjából húszszor kell megtekerni a koronát, és az is segít, ha az órát néhányszor oldalra lendíted, mert az meglöki a billegőt. Teljes felhúzással az NH35 több mint 41 órát jár.
Hogy a felhúzott rugó ne pörögjön vissza a koronán keresztül, arról a kilincs gondoskodik. A rugómag tetején egy fűrészfogú kerék ül, a kilincskerék, a fogai közé pedig egy rugóval nekinyomott kis kar, a kilincs akad. Felhúzáskor a kerék fogai átbillennek a kilincs alatt (ez az a halk kattogás, amit tekerés közben hallasz), visszafelé viszont a kilincs megakasztja őket.
Az automata óráknál van még egy trükk. A rotor akkor is húzná a rugót, amikor az már teljesen fel van húzva, ezért a főrugó külső végét nem rögzítik mereven: egy csúszófék nevű, a rugónál kicsit vastagabb szalagdarab feszül a rugóház falához, és ha a nyomaték túl nagyra nő, megcsúszik. Ezért nem tudod túlhúzni a koronával sem: a Seiko szerint ha a rugó már fel van húzva, a korona tovább tekerhető anélkül, hogy kárt tennél a szerkezetben. A csúszófékre az automata felhúzásnál még visszatérünk.
A kerékrendszer: lassúból gyors
A rugóház lassan forog, jellemzően néhány óra alatt fordul körbe egyszer. A másodpercmutatónak viszont percenként kell egy kört megtennie, a gátkeréknek pedig ennél is gyorsabban kell forognia. Ezt a gyorsítást végzi a kerékrendszer (Magyar László Az órás című könyvében futószerkezet): egymásba kapcsolódó nagy kerekek és kis fogastengelyek sora.
Az elv egyszerű. Ha egy 60 fogú kerék egy 10 fogú fogastengelyt hajt, a fogastengely hatszor fordul körbe, míg a nagy kerék egyszer. Cserébe a nyomaték nagyjából a hatodára esik, a súrlódás pedig még elvesz belőle. Az órában pontosan ezt a cserét akarjuk: erőből van bőven, sebességből kevés.
A legtöbb karóraszerkezetben négy lépcső követi egymást. A rugóház a perckerékre dolgozik, ami pontosan óránként fordul körbe egyszer: ez hajtja a percmutatót. A perckerék a közkereket hajtja, a közkerék a másodperckerék fogastengelyét, a másodperckerék pedig percenként fordul egyet, ezért ez hajthatja a másodpercmutatót. Az NH35 középső másodpercmutatós szerkezet, a másodperc tehát a számlap közepén jár, a percmutatóval és az óramutatóval egy tengelyen. A sor végén a gátkerék áll, amit a másodperckerék hajt, és ami már a gátszerkezet része.
Az NH35-ben a gyorsan forgó, kis nyomatékú kerekek közül kettőnek, a közkeréknek és a gátkeréknek a felső csapja külön fedőköves csapágyazásban, a Seiko saját Diafix foglalásában fut. Erről a köveknél lesz szó.
A fogszámok szemléltetők; a fordulatidők közül a perckeréké, a másodperckeréké és a gátkeréké az NH35-re is igaz.
A mutatószerkezet: perc és óra
A perc- és óramutatót egy külön kis kerekesítés, a mutatószerkezet (más néven mutatómű) hajtja, a számlap alatt. Az első eleme a negyedeskerék (angolul cannon pinion), ezen ül a percmutató. A negyedeskerék egy enyhén összeszorított, rugalmas cső, ami súrlódással kapaszkodik az óránként egyszer körbeforgó tengelyre: üzem közben együtt forog vele, állításkor viszont „húzósan” elcsúszik rajta. Ezért tudod állítani a mutatókat anélkül, hogy az egész kerékrendszert vissza kellene forgatnod.
A negyedeskerék a váltókereket hajtja, a váltókerék kis fogastengelye pedig az órakereket, amire az óramutató kerül. A két lépcső együtt pontosan 12-szeres lassítást ad: amíg a percmutató tizenkétszer fordul körbe, az óramutató egyszer. Az órakerék csöve a negyedeskerék csövén ül, ezért forog a két mutató ugyanazon a középponton.
Miért kell fék? A gátszerkezet
Ha a rugó és a kerékrendszer magára maradna, a rugó pár másodperc alatt lefutna, a mutatók pedig körbeszáguldanának. Az óra lényege egy fék, ami az energiát apró, pontosan egyforma adagokban engedi tovább. Ezt csinálja a gátszerkezet, a mai karórákban szinte kizárólag a svájci horgonyos változata.
Szemléltetés: a valódi lefutás sebessége szerkezetenként eltér.
Három szereplője van. A gátkerék a kerékrendszer utolsó, különleges fogazású kereke (a svájci horgonyos gátszerkezetben jellemzően 15 foggal). A horgony egy tengelyen billenő kis kar: a gátkerék felé eső két karján egy-egy szintetikus rubin ül, a bemenő és a kimenő emelőkő, a másik végén pedig egy villa. A harmadik szereplő a billegő: a tengelyén egy kis tárcsa, a vezetőtárcsa ül, rajta egy apró rubincsappal, a vezetőkővel.
Egy féllengés négy lépésben zajlik le:
- Nyugalom. A gátkerék egyik foga az egyik emelőkövön áll, a kerékrendszer nem tud továbbmenni. A billegő közben szabadon leng, semmihez nem ér hozzá.
- Kioldás. A billegő visszalendül, a vezetőkő beleakad a horgony villájába, és egy kicsit elfordítja a horgonyt. Az emelőkő kicsúszik a fog elől.
- Impulzus. A felszabadult fog végigcsúszik az emelőkő ferde lapján, és meglöki a horgonyt, a horgony villája pedig a vezetőkövön keresztül a billegőt. Ezért nem áll meg a billegő: a rugó minden féllengésnél pótolja azt az energiát, amit a súrlódás elvett.
- Esés. A gátkerék egy kicsit előreugrik, és a következő foga a másik emelőkőnek ütközik. Ez a koppanás a ketyegés, és ezzel vissza is értünk a nyugalomhoz, csak most a másik kőn.
Aztán a billegő visszafordul, és ugyanez a másik irányba is lejátszódik.
Az arányok szemléltetők: a valóságban a billegő jóval nagyobb ívben leng, a horgony pedig kisebbet billen.
A billegő és a hajszálrugó: az óra ütemadója
A billegő egy kis, gondosan kiegyensúlyozott kerék, a tengelyére egy lapos spirálrugó, a hajszálrugó van erősítve. A hajszálrugó belső vége a billegőtengelyen ülő gyűrűhöz kapcsolódik, a külső vége a billegőhídhoz. Ha a billegőt elfordítod, a rugó visszahúzza; túllendül, a rugó megint visszahúzza, és így tovább. A lényeg, hogy egy lengés ideje szinte független attól, mekkora ívben leng a billegő.
Ez a szinte függetlenség (izokronizmus) teszi a billegőt időmérővé. Ha a rugó friss és erősen hajt, a billegő nagyobb ívben leng, ha fáradt, kisebben, de egy lengés mindkét esetben nagyjából ugyanannyi ideig tart. A „nagyjából” itt fontos szó: a kis eltérés miatt jár máshogy egy mechanikus óra teljesen felhúzva, mint lejárás előtt.
A kis amplitúdófüggés szemléltető, valós értéke szerkezetenként más.
Az NH35 billegője óránként 21 600 féllengést végez. Egy féllengés egy kitérés az egyik oldalról a másikra, és mindegyiknél egyszer ketyeg az óra. Másodpercenként ez hat ketyegés, vagyis három teljes oda-vissza lengés: innen jön a 3 Hz. A gátkerék minden ketyegésnél fél fogat lép, így 15 foggal számolva öt másodperc alatt fordul körbe. A másodpercmutató hat apró lépésben teszi meg az egy másodpercet; ezt egy NH35-ös órán közelről meg is láthatod. Sok svájci szerkezet 28 800 féllengés/órán (4 Hz) jár, ott nyolc lépés jut egy másodpercre.
Most, hogy az alkatrészeket egyenként láttuk, érdemes egyben is megnézni őket. A rugóház alig mozdul, a gátkerék rángatva lépked, a billegő pedig egyenletesen leng köztük: a számlapon látható másodpercmutató ennek a láncnak a legvége.
Az arányok szemléltetők; a fogszámok nem az NH35 valós adatai.
Szabályozás: siet vagy késik?
Ha a billegő lengésideje egy hajszálnyival rövidebb a kelletenél, az óra siet, ha hosszabb, késik. Napi egy perc eltéréshez nagyjából 0,07 százalékos hiba is elég (60 másodperc a nap 86 400 másodpercéből). Az NH35-nél a lengésidőt a szabályozókulccsal lehet hangolni. A kulcs a hajszálrugó külső menetét két pici elem között fogja meg (a Seikónál egy kis csatszerű alkatrész), és ha elfordítod, a rugó ténylegesen dolgozó része rövidebb vagy hosszabb lesz. Rövidebb rugó merevebb, gyorsabban lengeti a billegőt, így az óra siet; hosszabb rugóval késik.
A napi eltérés értékei szemléltetők.
Gyári tűrésként az NH35A-nál naponta −20 és +40 másodperc közötti eltérést adnak meg.
Kövek: mit keres a rubin az órában?
A kerekek tengelyei vékony csapokban végződnek, ezek forognak a szerkezet lemezeiben és hídjaiban. Ha a csap sárgarézben forogna, a furat hamar kikopna. Ezért a fontos helyeken a csap egy átfúr szintetikus rubinban, csapágykőben forog: a rubin kemény és nagyon sima, a furata körüli kis mélyedésben pedig jól megmarad a parányi olajcsepp.
A gyorsan forgó, kis nyomatékú tengelyeknél a Seiko a furatos kő fölé egy lapos fedőkövet is tesz, ez a Diafix nevű foglalás. A csap vége a fedőkőnek támaszkodik, az olaj pedig a két kő között marad, ahol a Seiko szervizleírása szerint hosszú ideig változatlan mennyiségben megtartható. A billegőnél ugyanez a két kő az ütésvédelem része lesz.
A kövek száma (az NH35 családban változattól függően 23 vagy 24) önmagában nem minőségi mérce: azt mutatja, hány helyen használnak követ csapágynak, emelőkőnek vagy vezetőkőnek.
Erősen nagyított, egyszerűsített metszet.
Ütésvédelem: Diashock
A billegőtengely a szerkezet legsérülékenyebb alkatrésze. A csapjai alig vastagabbak egy hajszálnál, a billegő tömege viszont egy esésnél nagy erővel rántja meg őket. A Seiko saját ütésvédelmet használ, a Diashockot, amit 1956-ban a Marvel modellel mutatott be. Ez a svájci Incabloc japán megfelelője. A billegőtengely két végén a csapágykő és a fedőkő egy rugós foglalatban ül, amely enged egy kicsit. Ütéskor a kő kitér, a tengely vastagabb válla felfekszik és felfogja az erőt, így a vékony csap megmenekül. Utána a rugó visszatolja a követ a helyére.
Egyszerűsített metszet, lassítva.
A korona három állása
A korona egy tengely, a felhúzótengely végén ül, ami a szerkezet belsejébe nyúlik. Az, hogy a korona mit csinál, a tengely helyzetétől függ. Az NH35-nél három állás van:
- 0. állás (benyomva): a korona óramutató járásával megegyező irányú tekerése felhúzza a rugót. Visszafelé a korona szabadon forog, és nem húz fel.
- 1. állás (első kattanás): dátumállítás. A korona óramutató járásával ellentétes forgatására a dátum lép egyet, az óra közben megy tovább.
- 2. állás (második kattanás): időállítás. A mutatók a korona forgatásával állíthatók, a másodpercmutató pedig megáll.
Egyszerűsített vázlat: a kerekek elhelyezkedése nem méretarányos.
Belül a felhúzótengelyen két kerék ül. Az egyik a tengely kerek szakaszán szabadon forog, és a koronakerékkel kapcsolódik. Az Órás c. könyv körmöskeréknek hívja. A másik a tengely négyszögletes szakaszán csak tengelyirányban tud elmozdulni, ez a hornyoskerék. Benyomott koronánál a kettő a fűrészes homlokfogaival egymásba kapaszkodik, így a korona forgása a körmöskeréken, a koronakeréken és a kilincskeréken át eljut a rugómagig. Visszafelé tekerve a ferde fogak átcsúsznak egymáson, ezért nem húz fel a korona a másik irányba.
Ha kihúzod a koronát, a tengely hornyába kapaszkodó váltókar elfordul, és egy másik kart, a mutatóigazító-kart mozgatja, ami a hornyoskereket a másik oldalára billenti át. Ott a hornyoskerék a mutatószerkezet felé vezető mutatóigazító kerékkel kapcsolódik. A határozott kattanásokat egy rugós elem adja, ami a váltókart a három állás valamelyikében megtartja.
A homlokfogakat kiterítve, oldalnézetben mutatjuk.
Másodperc stop
Az NH35 egyik előnye az elődjével, az NH25-tel szemben a másodperc stop (angolul hacking). Ha a koronát a második állásba húzod, egy vékony rugós kar a billegő pereméhez feszül és megállítja. A Seiko azt javasolja, hogy akkor húzd ki a koronát, amikor a másodpercmutató éppen a 12-esen áll, és egy pontos időjelzésre nyomd vissza: így másodpercre beállítható az óra. Az útmutató még egy apróságot kér: a percmutatót előbb vidd néhány perccel a kívánt idő mögé, vagyis korábbra, és onnan tekerd előre a pontos percre. Így a fogaskerekek közötti kis holtjáték nem viszi el a percmutatót.
A dátum: éjfél körül egyet lép
A dátum egy nagy, vékony gyűrűn, a dátumtárcsán van, ami a számlap alatt fekszik; a számlap ablakában mindig egy szám látszik belőle. A gyűrű belső peremén 31 fog van, napi egy. Egy kis rugós elem két fog közé nyomódik, és a tárcsát a helyén tartja, hogy egy ütéstől ne csusszon el.
A léptetést egy kerék végzi, amit a mutatószerkezet hajt, és ami 24 óránként fordul körbe egyszer. Ezen ül egy kis ujj. Az este második felében az ujj eléri a dátumtárcsa egyik fogát, és lassan tolni kezdi, a rögzítőrugó pedig egy ideig ellenáll. Amikor a fog átbillen a rugó csúcsán, a rugó a tárcsát egy lépéssel előrerántja. A Seiko leírása szerint az NH35/4R35 dátuma éjfél körül vált; ha az órát 12 órával elcsúsztatva állítod be, délben fog.
A pontos kezdési és váltási időpont szerkezetenként percekkel eltérhet.
A korona első állásában egy külön gyorsállító kerék közvetlenül a dátumtárcsát lépteti, a léptető ujjtól függetlenül. Ezért kéri a Seiko, hogy este 9 és hajnali 1 óra között ne állítsd a dátumot: ilyenkor az ujj éppen a tárcsa fogában van, a két mechanizmus egymásnak dolgozik, és a dátum nem fog rendesen váltani, rosszabb esetben meghibásodik a szerkezet. A nap- és dátumkijelzős 4R36-nál ez a sáv este 9-től hajnali 4-ig tart, mert ott a nap hajnali 4 körül vált.
A dátumtárcsán 31 nap van, ezért a rövidebb hónapok után kézzel kell egyet-kettőt léptetni. Az első beállításhoz pedig a gyártó egy praktikus sorrendet ajánl: előbb a dátumot állítsd az előző napra, aztán az időállítás közben tekerd át a mutatókat éjfélen, és ezzel egyben azt is ellenőrizted, hogy a délelőtt-délután stimmel.
Automata felhúzás: a rotor
Az automata óra hátulján egy félkör alakú, viszonylag nehéz lemez forog, a rotor. A tömege a középponttól távol, a peremén van, ezért amikor mozgatod a karod, a gravitáció és a tehetetlenség forgatja, hol az egyik, hol a másik irányba. A feladat ebből a kaotikus, oda-vissza mozgásból egyirányú forgást csinálni a rugómagon. Erre sokféle megoldás született.
A magic lever
A Seiko 1959-ben, a Gyro Marvel modellben mutatta be a magic levert, és azóta is számos automata szerkezetében használja, az NH35-ben is. A megoldás meglepően kevés alkatrészből áll. A rotor alján lévő fogaskerék egy közvetítőkereket hajt, amin a középponttól eltolt csap, egy körhagyó ül. Erre a csapra támaszkodik a magic lever: egy kétkarú kis emelő, aminek mindkét karja horogban végződik. Ahogy a közvetítőkerék forog, a körhagyó csap oda-vissza mozgatja az emelőt; az egyik horga húzza, a másik tolja ugyanazt a fűrészfogú kereket, mindig ugyanabba az irányba. Hogy a rotor merre forog, az mindegy: a körhagyó csap mindkét esetben ide-oda löki az emelőt. A fűrészfogú kerék egy további lassításon át a rugóház kilincskerekét forgatja.
Egyszerűsített felülnézet: a valóságban a rotor a szerkezet fölött forog, és mindent eltakar.
Magyar László könyve ezt a típust körhagyós automatikus felhúzószerkezetnek nevezi, és a hátrányát is megemlíti: a horgokon és a fogakon viszonylag nagy, lökésszerű erők ébredhetnek. A másik nagy család az irányváltó kerekes megoldás, amit sok svájci szerkezet használ. Ott a rotor forgásirányától függően más-más kerékúton jut el a mozgás a rugóházig, így a kimenő kerék mindig ugyanarra forog. Az eredmény ugyanaz, csak több fogaskerékkel.
Egyszerűsített vázlat.
Túlhúzás ellen: a csúszófék
Mivel a rotor szinte folyamatosan mozog, a rugó egy idő után teljesen felhúzódna, és a rotor tovább erőltetné. A túl nagy nyomaték nemcsak a rugót veszélyeztetné: Magyar László szerint a billegő is túl nagy lendítést kapna, túllendülne a megengedett szögtartományon, és visszaverődne a horgonyvillán. Ezért az automata órák főrugójának külső vége egy csúszófékben végződik: ez a rugónál kicsit vastagabb szalagdarab a rugóház falához feszül, és ha a nyomaték elér egy határt, megcsúszik a falon. A felhúzás így sosem ütközik meg, a rugó pedig nem szakad el.
Mitől jár pontosabban vagy pontatlanabbul?
Egy kvarcórát havi vagy éves eltérésben mérünk, egy mechanikus órát napiban, és ez a szám nem fix: a Seiko szerint a valós használatban egy-egy hét átlagát érdemes nézni. Négy dolog számít a legtöbbet.
- Felhúzottság. Teljesen felhúzva a billegő nagyobb ívben leng, lejárás előtt kisebben, és mivel az izokronizmus nem tökéletes, ez a járást is eltolja. A Seiko azt javasolja, hogy az automatát naponta legalább 10 órát viseld, ha pedig asztalon tartod, mindennap ugyanabban az időben húzd fel teljesen.
- Helyzet. A billegő csapjai másként súrlódnak, ha az óra számlappal felfelé fekszik, mint ha koronával lefelé áll. Ezért mérik a pontosságot több helyzetben is, és ezért járhat másképp éjszaka az éjjeliszekrényen, mint nappal a csuklón.
- Hőmérséklet. A fémek melegben tágulnak, hidegben összehúzódnak. A Seiko útmutatója szerint a mechanikus órák melegben inkább késnek, hidegben inkább sietnek; az NH35/4R35 működési tartománya −10 és +60 °C között van.
- Mágnesesség. Erős mágnes közelében az acél alkatrészek, leginkább a hajszálrugó, mágnesessé válhatnak, a hajszálrugó menetei pedig összetapadnak. Az óra ilyenkor jellemzően erősen siet. A gyári adat szerint a 4R35 4800 A/m (60 gauss) mágneses teret visel el; hangszóró, mágneses táskacsat vagy tablettok közvetlen közelében ennél erősebb tér is előfordulhat. A mágnesessé vált órát órásnál lemágnesezik, ez gyors és egyszerű művelet.
Szemléltető értékek, nem mérési adatok.
Ennyi minden fér el egy 27,4 mm átmérőjű, 5,32 mm vastag szerkezetben: egy feltekert acélszalag, néhány fogaskerék, egy fék, ami ketyeg, egy billegő, ami másodpercenként hatszor vált irányt, és egy rotor, ami mindebből semmit nem tud, csak forog, amikor mozgatod a karod. Legközelebb, amikor kihúzod a koronát, és megáll a másodpercmutató, már tudod, melyik kis kar fogta meg a billegőt.