Автокварцевый механизм часов что это такое

В этой статье мы попросили мастера ответить на вопрос наших читателей: «Автокварцевый механизм часов что это такое?», а также дать полезные рекомендации по теме. Что из этого получилось, читайте далее.

Часы-кинетики: Батарейки не нужны!

08/07/2002

Идея вечного двигателя пришла к нам из глубокой древности. Еще в 1150 году индийский математик Бхаскар описал колесо, внутри которого располагались специальные полости, наполненные ртутью

Идея вечного двигателя пришла к нам из глубокой древности. Еще в 1150 году индийский математик Бхаскар описал колесо, внутри которого располагались специальные полости, наполненные ртутью. Ученый утверждал: стоит колесо повернуть один раз — и оно будет вращаться вечно. Но, увы, закон сохранения энергии нерушим.

В XVII веке Парижская Академия наук приняла решение: патентные заявки на изобретение вечного двигателя не рассматривать. А между тем идеей вечного двигателя интересовались даже такие крупные ученые, как Леонардо да Винчи. Не обошли эти веяния и часовщиков.

Не заводишься? И замечательно!
Как избавить человека от необходимости заводить часы? Этим вопросом задавались мастера во все времена, но сейчас, когда каждую вещь ее создатели стремятся приблизить к техническому совершенству, он встал особенно остро. Еще бы: существуют часы всевозможных форм и вариантов отделки, антимагнитные и противоударные, из керамики и металла, показывающие лунные фазы, высоту над уровнем моря или глубину погружения. Вот только по-прежнему все их надо или заводить, или менять в них батарейки.

Для механических часов была придумана система автоматического завода. Человек идет, машет руками, специальный груз (сектор) внутри часов качается, с помощью храповика закручивает часовую пружину, пружина заставляет часы идти. Однако если часы не носить, то их механизм остановится. Автоподзавод, конечно, был серьезным шагом вперед, но решал проблему лишь частично.

Появление кварцевых механизмов дало идее часового perpetuum mobile второе дыхание. Разработка миниатюрных, но очень емких батарей шла семимильными шагами, и часы с опытными образцами такого рода элементов питания получили возможность автономной работы на протяжении десяти лет.

Однако сейчас стандартный срок службы не слишком дорогих, надежных батареек — два-три года. К тому же «батареечное» решение также небезупречно: часы долгое время работают, не требуя внимания, но, в конце концов, могут неожиданно подвести в самый ответственный момент. Стрелки остановятся, экран цифрового индикатора станет пустым и серым, и еще хорошо, если в ближайшем супермаркете найдется «таблетка» с заветной маркировкой. А если владелец часов находится вдали от благ цивилизации?

Четыре года, сон нормальный!
Так продолжалось до 1986 года, когда фирма Seiko создала часы со встроенным генератором — прототип технологии Kinetic. В нем груз автоподзавода вращается благодаря движению руки владельца часов и передает движение ротору микрогенератора, генератор вырабатывает электричество и заряжает аккумулятор, аккумулятор питает кварцевый часовой механизм. Оставаясь неподвижными, такие часы могут продолжать работать в течение нескольких месяцев. Точность кварцевых часов плюс отсутствие проблем с заменой батарейки — это ли не победа?

Механизмы совершенствовались в сторону увеличения эффективности генератора, емкости аккумулятора и, естественно, уменьшения размеров. А в 1999 году произошел новый революционный скачок: Seiko создала часы серии Kinetic Auto Relay. Их главный козырь — энергосбережение. Дело в том, что львиная доля энергии в обычных часах расходуется на движение стрелок. Но как на этом сэкономить?

Решение было найдено неожиданное — научить часы спать! Если Kinetic Auto Relay в течение трех суток находятся в неподвижности, и аккумулятор, разумеется, не подзаряжается, то часы «засыпают». Стрелки прекращают движение, и лишь микросхема продолжает отсчитывать время. Когда часы снова оказываются на руке, они чудесным образом «оживают», и стрелки сами становятся в нужное положение. Причем «спать» Kinetic Auto Relay могут до 4 лет!

Аналогичные технологии стали использовать многие швейцарские компании-производители. Так, модели с механизмами «автокварц» от ЕТА выпускают Omega, Longines, Ulysse Nardin и другие. Компанией Tissot выпущены несколько моделей — PR 100 Autoquartz, PR 200 Autoquartz и Ballade Autoquartz, — аккумулятор которых способен накопить запас энергии, достаточный для работы часов, остающихся в неподвижности, в течение ста дней. По сути Kinetik и Autoquartz — примерно одно и то же, однако есть и ряд различий. Так, в некоторых механизмах ETA аккумулятор можно подзарядить также и вращением заводной головки.

Еще одной интересной новинкой 2002 года стал механизм компании Bulova — одного из прародителей кварцевых часов. Ротор в этом механизме расположен спереди, со стороны стрелок, и владелец часов может наблюдать его вращение. Кварцевые по своей сути часы из коллекции Millennia стали такими же «живыми», как механические.

Фирма Ventura, продолжив творческий поиск Seiko, создала свою оригинальную конструкцию. Часами серии Ventura d_SPARC fx легко восхититься, даже ничего не зная об их техническом устройстве. Секрет — дизайн. Титановый браслет, черное обрамление циферблата, строгие электронные цифры под сапфировым стеклом. Что-то космическое, рассчитанное на автономную работу в условиях нечеловеческих перегрузок. Первое впечатление не подводит — часы на руке своего хозяина действительно могут идти вечно, а дожидаясь его, способны «проспать» почти пять лет. А награда «За лучший дизайн», полученная на международной выставке в Чикаго, — гарантия того, что снимать d_SPARC fx вам просто не захочется.

Я на солнышке сижу.
Японские коллеги-конкуренты Seiko из компании Citizen предложили собственную альтернативу «Кинетику» — технологию Eco-Drive. В первых моделях Eco-Drive циферблат часов являлся фотоэлементом, вырабатывающим электричество для кварцевого механизма. Вместо батарейки — аккумулятор, способный накапливать энергию, когда фотоэлемент освещен. Итак, часы становятся все более «живыми»: им для движения нужен только свет. Fiat lux!

Название Eco-Drive было выбрано, чтобы подчеркнуть экологичность часов: для их работы не требуется внешних источников энергии, а отсутствие необходимости замены батареек позволяет не засорять окружающую среду отработанными элементами питания, которые, как известно, содержат вредные вещества.

Первые модели Eco-Drive имели циферблат характерного для солнечных батарей светлого тона. Нравилось это далеко не всем, и конструкторы Citizen способ, позволяющий создавать часы с циферблатами различных цветов: на свет появились такие разновидности часов, как Eco-Drive Vitro (тончайшие нити солнечных элементов размещены на внутренней стороне стекла) и Eco-Drive Eclisse (солнечный элемент представляет собой пленочное кольцо, расположенное вокруг циферблата).

Компанией Citizen также создан механизм, совмещающий в себе обе технологии: наряду с циферблатом — солнечным элементом он имеет и устройство, генерирующее энергию от движения руки.

Вечный двигатель от RICOH
Свой вариант решения проблемы — электромагнитную индуктивную систему зарядки — предложила. компания RICOH. В отличие от Kinetic и Eco Drive, в технологии Rechargeable Electromagnetic Quartz (REQ) используется внешний источник энергии.

Для пополнения запаса энергии батарейки достаточно на некоторое время положить часы на зарядное устройство, работающее от обычной электросети. Пяти минут зарядки достаточно для работы в течение полного дня, а если оставить часы на зарядном устройстве на всю ночь, то после этого они смогут работать 3-4 месяца.

Новая технология имеет ряд преимуществ перед. Хотя эти технологии не зависят от внешних источников питания, они не позволяют Технология REQ снимает ограничения Kinetic и Eco Drive, касающиеся возможности получить достаточно энергии для работы устройств с повышенным энергопотреблением (подсветка, будильник и т.п.).

Венец творения
Следуюшим этапом развития энергосберегающих технологий стало создание хронографа Seiko Sportura Kinetic. Совместить генератор и хронограф — сложная задача, ведь последний потребляет в несколько раз больше энергии, чем обычные часы, а мощность миниатюрного генератора не беспредельна. Seiko удалось создать генератор с очень высокой эффективностью и хронограф с минимальным потреблением энергии.

Но, кажется, и это не предел! В 2000 году на выставке в Базеле и Seiko, и Citizen дружно представили последние разработки на тему «вечного двигателя» — часы, работающие от тепла человеческой руки Thermic и Eco-Drive Thermo. Электричество в этих моделях вырабатывается за счет разницы температур между задней крышкой, касающейся руки человека, и циферблатом. Какие еще будут идеи?

Виды часовых механизмов

1) Кварцевые часы — источником энергии для работы часов служит батарейка, рассчитанная на несколько лет (как правило, на 3 года). Кварцевые часы обладают высокой точностью хода, отклонение от точного хода может составлять всего несколько секунд в месяц. Кварцевые часы нет необходимости подзаводить.

2) Кварцевые часы с системой индикации заряда батарейки EOL — в оснащенных данной системой часах примерно за 2 недели до полного истощения энергии батарейки секундная стрелка начинает вести себя особым образом, не ходит последовательно посекундно, а ждет 4 секунды и прыгает вперед сразу на 4 деления. Тем самым экономится оставшийся заряд батарейки, а также часы дают понять, что в них пора менять батарейку.

3) Механические часы с ручным заводом — источником энергии механических часов служит спиральная пружина, расположенная в барабане с зубчатым краем. При заводе часов пружина закручивается, а при раскручивании пружина приводит в движение барабан, вращение которого приводит в движение весь часовой механизм.

Главным недостатком пружинного двигателя является неравномерность скорости раскручивания пружины, что приводит к неточности хода часов. Также у механических часов точность хода зависит от множества факторов, таких как температура, положение часов, износ деталей и других. Поэтому для механических часов считается нормой расхождение с точным временем на 15-45 секунд в сутки, а лучшим результатом – 4-5 секунд в сутки.

Механические часы с ручным заводом необходимо подзаводить вручную при помощи заводной головки. При полном заводе часы могут работать без дополнительного подзавода от 24 до 72 часов в зависимости от механизма.

4) Механические часы с автоподзаводом — наиболее распространенный в данное время тип механических часов. Пружина автоматических часов подзаводится ротором (инерционным сектором), оборачивающимся вокруг центральной оси часов. Не обязательно делать специальных движений рукой, достаточно повседневных обычных движений, чтобы автоматические часы подзаводились.

Особенность автоматических часов состоит в том, что они толще и тяжелее обычных механических или кварцевых часов из-за ротора, подзаводящего часы.

5) Автокварцевый механизм — сочетает в себе преимущества кварцевого механизма и автоматического. Необходимая для работы часов энергия производится генератором, который заряжает аккумуляторную батарейку часов, для этого необходимы лишь обычные движения рукой. Полностью заряженная аккумуляторная батарейка часов обеспечивает ход часов в течение 50-100 суток.

6) Сертифицированный хронометр с ручным заводом — высокоточные механические часы, имеющие сертификат швейцарской Службы официального контроля за хронометрами (COSC). Сертификат хронометра может быть выдан только в том случае, если производители данной модели могут гарантировать максимальное отклонение от точного времени не более 1 секунды в сутки. Любая модель часов проходит тестирование в течение 16 дней. Каждая модель проверяется на точность хода по 5-ти показателям и при 3-х различных температурах.

Высокую точность хода обеспечивает специальный механизм, раскручивающий заводную пружину равномерно.

7) Сертифицированный хронометр с автоподзаводом — механизм, аналогичный Сертифицированному хронометру с ручным заводом, но с автоподзаводом.

Autoquartz, Kinetic и другие

Одним из главных недостатков кварцевых часов является необходимость замены батарейки. Чтобы избавиться от этого недостатка, часовщики использовали несколько способов.

Наиболее распространенными технологиями кварцевых часов, в которых не нужно менять батарейку, являются Kinetic/Autoquartz и EcoDrive. Обе технологии основаны на том, что часы способны «улавливать» энергию извне часов и за счет нее подзаряжать элемент питания часов. В технологии Kinetic/Autoquartz источником энергии служат движения руки человека, а в технологии EcoDrive — солнечная энергия, падающая на циферблат часов. Часы Kinetic/Autoquartz и EcoDrive не являются часами «без батарейки». И часы Kinetic/ Autoquartz, и часы с технологией EcoDrive остаются обычными кварцевыми часами с элементом питания, который может самозаряжаться. Дело в том, что батарейки, которые устанавливаются в обычных кварцевых часах, нельзя зарядить, а в часах Kinetic/ Autoquartz и EcoDrive используется не обычная батарейка, а заряжаемый элемент питания — аккумулятор или конденсатор.

Kinetic и Autoquartz — два названия одной и той же технологии. Первое использует разработчик технологии, компания Seiko, второе — ряд швейцарских компаний, выпускающих аналогичные по сути механизмы. Естественно, в данном случае мы говорим только об общей идее технологии. Каждый из выпускаемых механизмов имеет свои особенности. Например, некоторые из механизмов с технологией Autoquartz могут быть «заведены» вращением заводной головки, как в обычных механических часах. Слово «заведены» поставлено в кавыч¬ки, т.к. в данном случае на самом деле происходит не завод пружины, а зарядка аккумулятора часов.

Часы Kinetic — это кварцевые часы, не требующие замены батарейки. В них кинетическая энергия движения руки человека преобразуется в электрическую, питающую механизм часов. Механизм Kinetic является симбиозом кварцевых часов и механических часов с автоподзаводом. При движениях руки груз, аналогичный грузу в часах с автоподзаводом, вращается вокруг оси и через систему шестерен вращает ротор генератора. Электрический ток, вырабатываемый генератором, заряжает накопитель энергии — конденсатор.

Чтобы генератор смог выработать ток нужного напряжения, ротор должен вращаться с большой скоростью. Если в механических часах колесная передача от груза автоподзавода до барабана уменьшает обороты, то в KINETIC наоборот. Колесная передача часов KINETIC обеспечивает скорость вращения ротора до 100 000 оборотов в минуту (это примерно в 5 раз больше числа оборотов двигателя болида Формулы-1). При таких больших скоростях главной проблемой становится трение в опорах ротора. Для уменьшения трения генератор сконструирован так, что ротор висит в магнитном поле, как в невесомости, почти не касаясь опор. Благодаря магнитной подвеске ось, имеющая на концах диаметр в 3-4 раза тоньше человеческого волоса, спокойно выдерживает вес ротора, который примерно в 20 раз тяжелее ротора шагового двигателя, Технологическим шедевром считаются изготовленные с высочайшей точностью миниатюрные опоры оси ротора. С той же целью — уменьшения трения — была разработана специальная смазка для опор, обладающая малой вязкостью.

При резких движениях, например, при ударе рукой по столу, груз может начать вращаться во много раз быстрее обычного. Чтобы предотвратить разрушение цапф оси ротора необходимо ограничить скорость его вращения. Для этого в передаче использована фрикционная муфта. Она выглядит как обычное колесо с трибом, но колесо сидит на оси не жестко, а с некоторым трением. При нормальных скоростях триб вращается вместе с колесом, но при резких ускорениях триб муфты проворачивается относительно колеса, предохраняя ротор. Ротор генератора,вращающийся с огромной скоростью, должен быть отбалансирован с очень высокой точностью, иначе он просто разрушит часы.

Впрочем, часы с подобными технологиям не пользуются большой популярностью у покупателей, отдающих предпочтение скорее кварцевым моделям. В связи с этим производителям приходится изобретать различные способы увеличения автономности кварцевых часов, т.е. срока, в течение которого они могут работать без замены батарейки или подзарядки. Автономность кварцевых часов зависит от двух факторов: емкости источника пита¬ния и потребляемого часами тока. Потребляемый ток зависит от конструкции механизма, и в наибольшей степени от наличия дополнительных устройств: подсветка, хронограф, сигнал, других функций часов, потребляющий много энергии. Также влияние оказывают такие характеристики самой батареи, как ток саморазряда, способ¬ность батареи не терять герметичность в течение какого-то срока. Некоторые компании используют ряд энергосберегающих технологий, основанных на одной идее: на время, в которое часы не используются, в них отключается ряд узлов, требующих существенного количества энергии. Например, компания Seiko создала принципиально новый механизм, использующий кинетическую энергию движения и перерабатывающий ее в электрическую, получивший название система Seiko Kinetic.

Механизм кварцевых часов состоит из нескольких функциональных блоков: генератор колебаний, электронный блок, который подсчитывает колебания и переводит их в понятное нам время, индикатор, т.е. система шестерен, вращающих стрелки, или LCD-дисплей. Большая часть энергии потребляется именно индикатором. Идея конструкторов состоит в том, чтобы на время, когда часы не используются, «отключать» индикацию. Так, например, в часах Kinetic Auto Relay останавливаются стрелки, а в цифровых часах Casio «гаснут» цифры на дисплее. Внешне часы «спят», но электронный блок продолжает отсчитывать время. И после того как владелец возьмет часы в руки, специальный датчик активизирует механизм и тот автоматически выставит правильное время.

В 1999 году японская компания SEIKO объявила об очередном технологическом прорыве — создании Kinetic Auto Relay. Эти часы способны показывать правильное время, даже если в них не меняли батарейку или не пользовались до четырех лет. Большая часть энергии в кварцевых часах — около 85% — расходуется на вращение стрелок, и лишь 15% затрачивается на работу их электронной части, которая, собственно, и отсчитывает время. Электронный мозг часов Kinetic Auto Relay может останавливать стрелки, экономя за счет этого энергию для более длительной работы.

Kinetic Auto Relay созданы на базе технологии Kinetic, но имеют особый электронный блок, и не один, как в обычных кварцевых часах, а несколько шаговых двигателей. Когда Kinetic Auto Relay носят на руке, стрелки двигаются, как обычно. Если же часы остаются неподвижными более чем 72 часа, они переходят в режим сбережения энергии — электронное устройство останавливает стрелки. При этом потребление энергии уменьшается более чем в 6 раз.

Но даже когда стрелки остановились и часы находятся в режиме сбережения энергии, электронный блок продолжает отсчитывать время. Стоит немного пошевелить часы, чтобы груз автоподзавода пришел в движение. После этого, как по команде электронного мозга, высокоскоростной шаговый двигатель установит на правильное текущее время часовую и минутную стрелки, а затем другой шаговый двигатель выставит и секундную стрелку. Ручной настройки может потребовать только календарь.

Срок, в течение которого часы могут работать в «спящем» режиме, зависит от накопленной энергии. При полной зарядке они будут отсчитывать время в течение четырех лет.

Возможно у Вас есть свои мнения на тему «Автокварцевый механизм часов что это такое»? Напишите об этом в комментариях.

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...
Adblock
detector