Энергосбережение: последний вопрос в проектировании механизмов

Энергия от барабана к балансирному колесу никогда не передается в полном объеме — существенное количество энергии теряется на трансмиссионной цепочке. Но можно ли этого избежать?

Экология и часовое дело имеют одну общую проблему — экономию энергии, которая заслуженно считается редким ресурсом. Когда речь идет о часовых изделиях, то нужно сказать, что уже очень много достижений было сделано в улучшении спускового механизма и материалов. Но тем не менее, нерешенным остается один большой недостаток: некоторая часть этой бесценной энергии безвозвратно теряется на пути между стартовой точкой в барабане и прибытием к колесу баланса. «Некоторая часть», на самом деле, значит очень большое количество энергии.

Растворяясь в воздухе

Потери энергии, измеряемые в часовой сфере, действительно впечатляют: почти две третьих всей энергии, выработанной барабаном, уходит в никуда. Такой огромный показатель имеет две причины: трение между часовыми деталями и трение воздуха. Решить эту задачу попытались Cartier в часах ID Two — концептуальной модели, особенность которой заключается в том, что механизм часов помещается в вакуум-плотный корпус, таким образом, избегая хотя бы один из двух факторов трения.

Можно и не впадать в такие крайности, но все же воздух, находящийся внутри корпуса, является малоисследованным врагом, главная жертва которого — колесо баланса. Очень важно, чтобы этот часовой орган имел одинаковые объемы воздуха по своему периметру во время колебаний. Если так случится, что одна сторона баланса будет слишком близко к, скажем, мосту, эта внезапная близость приведет к чрезмерному коэффициенту трения воздуха и колеса баланса. У балансирного колеса должно быть достаточно места для «дыхания».

Всматриваясь в барабан

Внимательное изучение трансмиссионной цепи в целом раскрывает, что одна из главных точек, где происходит потеря энергии, — это сам барабан. «Около 15—20%», по словам вице-президента Eterna Самира Мердановича. Именно это заставило его компанию поближе рассмотреть эту часть часового механизма. В период между 2007 и 2009 Eterna стала первой часовой компанией, выпустившей барабан на шарикоподшипнике, названный Spherodrive. Эта энергосберегающая инновация сразу же была применена в калибре 3510, питающем часы Madison, которые могут похвастать восьмидневным запасом хода.

Tougher teeth

Следующий рассматриваемый элемент трансмиссионнной цепи — зубчатая передача, где также теряется существенная часть энергии. Где именно? На ее зубьях, в связи с их формой и использованным материалом.

Что касается формы зубьев, изменение их контура имеет очень малый эффект, но в этой сумасшедшей гонке за улучшением энергоэффективности, каждая деталь имеет значение. Таким образом, приоритет отдается обрезанию зубьев для минимизации контакта между ними.

Одновременно, существенно снизить трение, а значит и потери энергии, могут материалы, из которых изготовлены детали. Кремний сейчас находится на гребне славы, но его использование ограничено лишь регулирующим органом, а кремниевых зубчатых передач пока не существует. На данный момент лишь два другие материала могут похватать хорошей энергоэффективностью: латунь и CuBe — медно-бериллиевый сплав.

Cartier, тем не менее, демонстрируют свою исключительность. «Мы уже изготовили кремниевые зубчатые передачи, и это определенно возможно», — говорит Кароль Форестьер-Касапи, директор разработки механизмов отдела высокого часового искусства Cartier. «Тем не менее, это остается очень коварной задачей. Мы также владеем умением использовать алмазоподобное покрытие для наших деталей, чтобы улучшать их твердость. Все эти разработки позволяют нам строить мосты к будущему часового дела». 

«Это интересный подход, но его все еще сложно индустриализировать», — подчеркивает Сальвадор Арбона, который создает механизмы Richard Mille. «И все же мы имеем похожий подход к важности отделки поверхностей; в Richard Mille все часовые колеса вырезаются после родирования, чтобы избежать любого последующего рассыпания материала».

В Christophe Claret возвращают разговор к основам и делают суровое предупреждение: «Что действительно важно в зубчатой передаче, это точность. Это значит, что полировка имеет решающее значение, как и вычисление зазоров. Пределы здесь очень узки, и нет места для грубых оценок — ни сейчас, ни когда-либо еще, поскольку любой недостаток точности сегодня приведет к целому набору проблем в будущем, которые будут лишь ухудшаться со временем».

Колесо баланса — энергетическая воронка

Наконец, в конце трансмиссионной цепи мы видим швейцарский спусковой механизм, и здесь цифры особо красноречивы, показывая почти 35%-ую потерю энергии. Многие в часовой индустрии рассматривают улучшение зубчатых передач, барабана и смазок лишь косметическими процедурами, равносильными черпанию воды дырявым ведром.

С этой точки зрения, реальный переход на новый уровень энергоэффективности должен включать изобретение нового, более эффективного типа колеса баланса. Кароль Форестье-Касапи работает над этой задачей, при этом не забывая о потенциальных путях оптимизации существующего швейцарского спускового механизма: «Нам нужно работать с трением осей, материалов, контактирующих друг с другом, а также с воздухом. Мы все еще теряем 30—35% энергии в балансирном колесе, но здесь еще есть место для оптимизации». Christophe Claret уточняют свою собственную позицию: «Намного более важной, чем материалы, является правильная настройка спускового механизма. Хорошо отрегулированный спуск точен и ограничивает бессмысленные потери энергии. Это операция, требующая как времени, так и знаний, но для нас не существует никакой экономии на этом вопросе».