Piše dr.sc. Vesna Lovrić Plantić
Mehaničkom ručnom ili džepnom satu pogon daje energija pohranjena u spiralnoj elastičnoj metalnoj traci koja se navija okretanjem osovine na kojoj je učvršćena krunicom ili ključićem. Tom energijom se pokreće sistem zupčanika, kako se opruga odvija, sve dok se potpuno ne odvije pa je treba ponovo naviti. U modernim mehaničkim ručnim satovima nalazi se pogonska opruga kao traka izrađena od legiranog i bruniranog čelika, dugačka 20 do 30 cm, debljine 0,05 do 0,2 mm. Tako izgleda uobičajena opruga u satu koji se navija svaki dan ili onom s automatskim navijanjem, s tim da ima rezervu snage za dodatnih 12 do 16 časova. Za satove koji imaju osmodnevnu rezervu snage potrebna je duža opruga, što znači i veće kućište u kome se ona nalazi.
Novi materijali
Posle Drugog svetskog rata pored bruniranog čelika za izradu opruge sve se više koriste i nove specijalne legure (nikl, hrom i gvožđe s dodatkom kobalta, berilijuma ili molibdena). Posle Drugog svetskog rata pored bruniranog čelika za izradu opruge sve se više koriste i nove specijalne legure koje imaju veću granicu elastičnostiTakve opruge od tzv. belog metala su nekorodirajuće, često antimagnetne pa imaju veću granicu elastičnosti. Manje su podložne zamoru materijala, a smanjuje se i rizik od pucanja. Naime, zbog neprestanog istezanja i stezanja, do sedamdesetih godina prošlog veka opruge su pucale, kao rezultat zamora materijala, znatno pre drugih delova mehanizma. To se najčešće događalo pri kraju navijanja, kada se opruga tesno priljubi uz osovinu, bez prostora između namotaja. Kod ručnog navijanja ta se tačka može iznenada dostići i dodatnim zakretajem prouzrokovati pucanje. Isto se može dogoditi i zbog promene temperature – ako se sat do kraja navije uveče, a temperaturu noću padne, smanjenje dužine opruge može je osloboditi iz tačke u kojoj je učvršćena na jednom kraju. Upravo je pucanje opruge bilo najčešći uzrok kvara satova do sedme decenije prošlog veka. Opruga se nalazi unutar cilindričnog kućišta, namotana oko centralne osovine.
Kako radi opruga
Unutrašnji kraj učvršćen je za osovinu, a spoljni za kućište koje se slobodno okreće. Navija se okretanjem te osovine, ali mehanizam pokreće kućište koje rotira, što omogućava da sat radi i za vreme navijanja. Pri navijanju, pogonska opruga se namotava tesno uz osovinu na kojoj je učvršćena kočnica koja onemogućava da opruga zakrene osovinu unazad i odvije se. Posle navijanja, osovina je nepokretna dok energija pohranjena u opruzi okreće kućište koje oko sebe ima prstenasto postavljene zupce koji ulaze u zahvat s jednim od točkića mehanizma i pokreće sistem zupčanika. Jedan od problema kod satova s pogonom na oprugu je što u početnom periodu posle navijanja i pri kraju, pre ponovnog navijanja, dolazi do netačnostiKućište obično napravi jedan pun okretaj svakih osam sati, tako da je tipičnoj opruzi s energijom dovoljnom za četrdeset sati rada potrebno pet okretaja da se odvije. Proizvođači mehaničkih satova neprestano nastoje da pronađu rešenje kako da produže vreme između dva navijanja. Kućni satovi mogu funkcionisati nedelju, mesec, godinu dana pa i više, bez navijanja, dok kod ličnih časovnika to predstavlja problem, naravno prvenstveno zbog malih dimenzija sata, što onemogućava korišćenje dugačke opruge ili dodatnih zupčanika. Prvi džepni sat koji je imao rezervu snage za osam dana rada patentirao je Irene Obri iz švajcarskog gradića Senjeležijea 1888. godine. Časovnik je ušao u proizvodnju pod nazivom Hebdomas, a izrađivala ga je firma Graizley & Cie, koja kasnije menja ime u Schild & Cie. Dobio je niz zlatnih medalja na sajmovima u Ženevi 1896, Parizu 1900, Čikagu 1902, Milanu 1906, Briselu 1910, Bernu 1914. godine. Ima izrazito veliko kućište opruge koje zauzima pozadinu sata, dok je zaprečni točkić smešten ispod brojčanika u donjem delu časovnika i vidljiv, isto kao i ukrašeni mostić nemirnice.
Netačnost zbog navijanja
Kod ručnih satova situacija je još složenija zbog manjih dimenzija. Proizvođači pokušavaju da se snađu na razne načine. Longines je, na primer, u svojim kalibrima 890 i 990 dodao drugo kućište opruge. Time se ipak ne udvostručuje snaga na pogonskom mehanizmu. Ona je samo nešto veća, ali ne kao da oba kućišta deluju na sekundni točkić simultano (sistem kojim eksperimentišu neki proizvođači). U suštini, više doprinose ujednačenoj raspodeli snage, nego povećanju rezerve snage. U modernim mehaničkim ručnim satovima nalazi se pogonska opruga kao traka izrađena od legiranog i bruniranog čelika, dugačka 20 do 30 cm, debljine 0,05 do 0,2 mmS druge strane, Omega je razvila sopstveni kalibar 8500 koji ima dva kućišta opruge koja omogućuju pohranjivanje energije za šezdeset sati rada. Jedan od problema kod satova s pogonom na oprugu je što u početnom periodu posle navijanja i pri kraju, pre ponovnog navijanja, dolazi do netačnosti. Taj problem pokušavao se rešiti na nekoliko načina. Ponekad su se postavljali graničnici navijanja koji su onemogućavali da se opruga potpuno navije ili potpuno odvije. U prvom slučaju sat će ići napred, u drugom će zaostajati, što se nastojalo izbeći korišćenjem optimalne snage opruge kako bi se postigla najveća moguća tačnost. Najpoznatiji graničnik je onaj u obliku malteškog krsta. Kako bi se kompenzovala netačnost do koje dolazi u početnom i završnom periodu između dva navijanja, jedno od rešenja pruža tzv. S opruga. Kod nje je polovina opruge namotana u jednu, a druga polovina u suprotnu stranu. U trenutku kada zbog odmotavanja snaga opruge počinje da slabi, suprotni namotaji povećavaju njenu elastičnost i održavaju konstantnu snagu.
Nedovoljno nošenje
Poslednjih nekoliko godina sve je veći broj visokokvalitetnih satova koji na brojčaniku imaju indikator rezerve snage. On pokazuje tenziju glavne opruge u svakom pojedinom trenutku. Koristi se u mehaničkim satovima, bilo da je reč o primerku s automatskim ili ručnim navijanjem. Naime, kod tih satova bi trebalo biti namotano bar 30 posto opruge kako bi se održao pravilan ritam. Kod automatskih satova indikator pokazuje koliko će još časovnik funkcionisati ako se ne nosi, dok se kod onih koji se navijaju krunicom pokazuje vreme do sledećeg navijanja. Ako sat noću stane, to ne znači da nešto nije u redu s njim, već da se ne nosi dovoljno dugo da bi dobio potrebnu količinu energije za rad kad nije na ruciČesto vlasnici satova s automatskim navijanjem smatraju da je dovoljno nekoliko puta ga protresti da bi funkcionisao; međutim, činjenica je da je potrebno nositi ga bar deset do petnaest sati dnevno kako bi se potpuno navio. Zato, ako sat noću stane, to ne znači da nešto nije u redu s njim, nego da se ne nosi dovoljno dugo da bi dobio dovoljnu količinu energije za rad kad nije na ruci. To je naročito problematično za vlasnike starijeg životnog doba koji često provode vreme u krevetu ili u fotelji pred televizorom. Naravno da je kinetička energija koju dobije njihov automatski sat nedovoljna za njegovo pravilno i kontinuirano funkcionisanje. Kao što smo do sada videli, metalne opruge su se koristile za pogon satova još od 15. veka, a formula za leguru od koje se danas izrađuje potiče iz osamdesetih godina prošlog veka. Dakle, reč je o staroj tehnologiji koja ima prilično nedostataka, među kojima se ističu trenje i podložnost trošenju. Kako se opruga odmotava, trlja se sama o sebe i o kućište u kome se nalazi. Kuća Cartier, razvijajući novi model pod nazivom ID Two, nastojala je postići dve stvari – redukovati trenje i pohraniti više energije bez povećanja dimenzija kućišta. Istraživanja sprovođena s tim ciljem dovela su do kreiranja prve opruge izrađene od fiberglasa.
Opruga od fiberglasa
Fiberglas je plastična masa ojačana staklenim nitima, dok joj elastičnost daje epoksi smola. Odlikuje ga mala specifična težina, čvrstoća i otpornost. Ako se oblikuje na pravi način, može istovremeno biti izuzetno elastičan i imati izuzetnu sposobnost čuvanja energije. Cartierova opruga od fiberglasa ima isti koeficijent trenja kao podmazana metalna opruga, međutim, ne dolazi do stvrdnjavanja mazivaNiti koje upotrebljava Cartier imaju prečnik od samo 9 mikrona. Kako bi se smanjila frikcija, opruga se premazuje tankim slojem Parylena (polimerskog filma), a kućište ADLC-om (amorphous diamond-like carbon – amorfni ugljenik nalik dijamantu) koji je istovremeno tvrd i gladak. Takva opruga i takvo kućište imaju isti koeficijent trenja kao podmazana metalna opruga, međutim, ne dolazi do stvrdnjavanja maziva. Smatra se da će nova opruga moći da proizvede 30 posto više energije od tradicionalnih, izrađenih od metalne legure, dok bi trajnost trebalo da joj bude deset godina.
Cartierove opruge
Cartierove opruge imaju ujednačeniju distribuciju snage od tradicionalnih opruga, pa je njena energija konzistentnija od one koja postoji u mehanizmu sa zaprečnicom konstruisanom tako da daje jednake impulse nemirnici i spirali nemirnice i sprečava i promene u frekvenciji oscilacija uzrokovane varijacijama pogonske sile. Time se problem “konstantne sile” rešava na samom ishodištu. Da li će pogonska opruga izrađena od high tech materijala zaživeti ili će ostati samo još jedan pokušaj da se usavrši pogonska opruga mehaničkog sata, pokazaće vreme. Ljubitelji te vrste časovnika, koja je nadživela kvarcnu revoluciju i poslednjih decenija doživela renesansu, možda su skloniji tradicionalnim materijalima, ili…?
Izumitelji
Dugo se Peter Henlajn, bravar po zanimanju i prvi časovničar za koga se zna da je izradio lični sat, smatrao pronalazačem opruge koja je kao pogonsko sredstvo omogućila izradu časovnika manjih dimenzija. Čak je i Frederik Džejms Briten (1843-1913), autor čuvenog dela Old Clocks and Watches and Their Makers bio sklon da Henlajnu pripiše taj izum. Međutim, sat u obliku gotičke katedrale, rađen između 1429. i 1435. za burgundskog vojvodu Filipa Dobrog (1396-1467) koji je imao pogon na oprugu, pomerio je izum pogonske opruge gotovo vek unazad. Kod tog sata nije toliko neverovatna rana upotreba opruge, koliko korišćenje pužnog izjednačivača sile (fusée) za ujednačavanje rada opruge, budući da su nirnberški satovi rađeni čak vek kasnije imali primitivniju varijantu tog regulatora.
