Высокие технологии в часовой мастерской: ТИТАН

Настоящая статья – вторая по счету из серии «Высокие технологии в часовой мастерской». В прошлом выпуске журнала речь шла о новаторском использовании кремния. Передовые достижения Breguet в области применения титана так же свидетельствуют не только о незаурядной изобретательности, а значит и новых патентах, но и о стремлении объединить в часовом искусстве современные технологии и славные традиции векового ремесла.

Первоначально титан ценили за уникальное сочетание двух свойств: высокую прочность и легкий вес или, как говорят специалисты, «малую плотность». Breguet с давних пор исследует возможности материалов с подобным соотношением прочности и веса. Однако наибольшие усилия в этом направлении были предприняты не в области часового искусства, а в авиационной промышленности. Правнук Абрахама-Луи Бреге, Луи Бреге, был выдающимся авиастроителем. Его карьера охватывает полвека: от создания в 1907 году первого «гироплана» (прообраза современного вертолета) до расцвета гражданской авиации после Второй мировой войны. Он разработал двухместный самолет-разведчик Breguet XIV, использовавшийся во время Первой мировой войны, и одним из первых начал применять легкий металл, алюминий, в конструкции самолетов.

атериала, который бы стал решением для многих технических проблем, Breguet столкнулся при создании часов Tradition Tourbillon. По замыслу дизайнеров, модель должна была объединить в себе наиболее революционные инновации и легендарные изобретения Breguet: турбийон, спираль Breguet, систему постоянной силы действия. Часы входили в коллекцию Tradition, где самые важные элементы располагаются со стороны циферблата, чтобы владелец мог любоваться ими на своем запястье. Таким образом, четыре ключевых компонента: турбийон, собственно циферблат, заводной барабан и фузея постоянной силы находятся в центре внимания. Поиск эстетического равновесия между ними привел к созданию турбийона для наручных часов с самым большим диаметром в истории Дома.

Конструкторам Breguet пришлось пойти принципиально новым путем. Чтобы понять, какие они встретили препятствия, достаточно представить себе архитектуру турбийона. Регулирующий орган часов состоит из баланса, спирали и спуска. Чередование передачи импульса и состояния покоя спуска, от которого зависит ход часов, обусловлено колебаниями баланса-спирали. В вертикальном положении ход часов может немного ускоряться или замедляться под воздействием гравитации на компоненты механизма. Гениальная конструкция турбийона, запатентованная Абрахамом-Луи Бреге в 1801 году, корректирует точность хода часов и нейтрализует действие сил земного притяжения. Суть изобретения состоит в следующем: баланс, спираль и спусковой механизм помещают в каретку, совершающую постоянные обороты на 360 градусов, чтобы компенсировать погрешности, которые возникают из-за положения часов. Абрахам-Луи Бреге разработал турбийон с различными скоростями вращения, но в большинстве современных моделей продолжительность одного оборота составляет одну минуту.

При создании каретки и баланса инженеры Breguet столкнулись с непреодолимыми, как казалось, трудностями. Как изготовить просторную и надежную каретку, в которую поместится баланс с большим диаметром, и заставить ее вращаться при следующих условиях: без избыточной потери энергии, полученной от заводного барабана; без увеличения ротационного трения; при этом сделать ее неуязвимой перед потенциальными сотрясениями? Дополнительная сложность заключалась в том, что инерция баланса, как нам станет ясно из следующего параграфа, тесно связана с частотой колебаний: возрастание инерции баланса снижает его частоту.

Стальная каретка обычного размера (как у турбийонов из коллекции Breguet Classique) и баланс из металлического сплава Glucydur функционируют как нельзя лучше. Но если увеличить диаметр каретки на 40%, то есть с 12 мм до 16,8 мм, а диаметр баланса с 9,95 мм до 13,8 мм, как предполагалось сделать в модели Tradition Tourbillon, возрастала и ее масса, а значит многократно увеличивалась нагрузка в плане потребления энергии, прочности, веса, трения и устойчивости к ударам. Следовало найти решение этой проблемы.

Выход подсказал титан, одновременно прочный и легкий. Сочетание данных свойств – прекрасный повод поразмышлять над конструкцией часового механизма. Точность механических часов зависит от двух параметров: инерции баланса и жесткости спирали. 

Поскольку характеристики пружины обычно изменить невозможно, инженеры стараются повысить момент инерции баланса. Не прибегая к математическим расчетам или помощи компьютеров для моделирования механизмов, мы можем наблюдать действие инерции в повседневной жизни или спорте, например, при исполнении фигуристом сложного поворота на льду. Когда спортсмен начинает движение с вытянутыми руками, его инерция очень высока; затем, когда он опускает руки вдоль тела, инерция уменьшается, и скорость вращения значительно возрастает. 

В основе данного феномена лежат две закономерности. Во-первых, скорость вращения обратно пропорциональна сумме инерции, то есть при уменьшении инерции скорость увеличивается. Во-вторых, инерция зависит от массы и распределения этой массы. Чем больше масса тела, тем большей инертностью оно обладает (фигурист с маленьким весом будет вращаться быстрее, чем фигурист с большим весом); чем дальше распределяется масса от оси вращения, тем больше будет инерция (когда руки фигуриста вытянуты – радиус увеличивается, когда руки опущены вдоль тела – радиус уменьшается). А теперь примените принципы из примера с фигуристом. Его инерция будет одновременно зависеть от радиуса (чем больше радиус, тем больше инерция) и веса (чем тяжелее баланс, тем больше инерция). 

Особенности конструкции механизмов Breguet позволяют изменять инерцию. Балансы оснащены тяжелыми винтами из золота, которые можно отрегулировать по направлению к внутренней (чтобы уменьшить инерцию) или внешней (чтобы увеличить инерцию) стороне, чтобы таким образом скорректировать точность хода.

Разработку колеса баланса большого диаметра, а следовательно, и каретки, в которую он может поместиться, конструкторы Breguet начали с определения величины радиуса, от которого зависит инерция. Предполагалось, что материалы останутся теми же самыми, из которых изготовлены остальные турбийоны коллекции, а вот толщину баланса и каретки нужно было значительно снизить, чтобы уменьшить их массу. 

Однако это означало, что они станут более хрупкими и ненадежными в эксплуатации. Титан представлял собой идеальное решение. Его плотность вдвое меньше плотности сплава Glucydur, из которого обычно изготавливают балансы, а также меньше плотности стали, которую применяют для производства каретки. Уменьшение массы компенсировало увеличение радиуса. Титан действительно оказался самым подходящим материалом, так как масса становилась меньше, чем в предыдущих случаях. Благодаря уменьшению массы улучшались и прочие характеристики: потребление энергии, трение, устойчивость к ударам. Принимая во внимание совокупность этих факторов, специалисты Breguet приняли решение изготовить баланс и каретку из титана. Титан обладал еще одним преимуществом: в отличие от стали он невосприимчив к воздействию магнитных полей. Новаторская технология изготовления баланса из титана была запатентована и отныне является собственностью группы, к которой принадлежит Дом Breguet.

Тем не менее, удачное соотношение инерции и массы не решило всех проблем, которые стояли перед конструкторами. Производство титана – очень сложный и трудоемкий процесс, для реализации которого пришлось разработать специальное оборудование. Кроме того, применение титана в сравнении с другими металлами оказалось более дорогостоящим из-за быстрого износа режущих инструментов. Более того, при резке титана вырабатывается высокая температура: требуется принимать максимальные меры предосторожности, чтобы деталь не загорелась.

Отделка механизма поставила перед мастерами Breguet ряд непростых задач. В такой престижной модели, как Tradition Tourbillon, плоские поверхности и края деталей (например, каретки турбийона) должны быть обработаны вручную. Приемы декоративной отделки компонентов из традиционных материалов выполняются в соответствии с давними традициями часового мастерства. Отделка включает матирование поверхностей платин, снятие фасок, полирование при помощи целого набора напильников со все более мелкой насечкой и, наконец, заключительную полировку деревянной палочкой и тонким абразивным материалом. При декоративной отделке деталей из титана мастерам пришлось полностью пересмотреть классические техники с учетом специфических особенностей этого металла. 

Для плоских поверхностей Breguet разработал технику пескоструйной обработки: методом проб и ошибок специалистам удалось найти материалы и давление, которые позволяют добиться нужного эстетического результата и не оставляют нежелательных остатков. Снятие фасок оказалось еще более трудным делом. С одной стороны, необходимо было адаптировать техники и материалы, а с другой – сохранить верность фундаментальным правилам, которые предписывают ручную обработку с помощью напильника и дальнейшую полировку. Мастера по декоративной отделке Breguet подобрали специальные напильники и абразивные материалы для финишного полирования деревянной палочкой деталей из титана. Сложность заключалась не только в том, что титан является чрезвычайно твердым металлом, но и в том, что приемы ручной обработки приходилось совершенствовать, учитывая большую пластичность титана по сравнению с традиционно используемыми металлами. В конечном счете им блестяще удалось объединить ультрасовременный материал и приемы декоративной отделки, с давних пор применяемые в мастерских долины Жу.

Конечный результат превзошел все ожидания: крупный турбийон с исключительными техническими характеристиками гармонично сочетается с остальными элементами, расположенными со стороны циферблата.

При разработке модели Classique Tourbillon Extra-Plat принимались в расчет совершенно иные соображения. Инженеры Дома поставили перед собой цель создать ультратонкий турбийон с автоматическим подзаводом. Они выполнили и даже перевыполнили эту задачу: механизм Tourbillon Extra-Plat представляет собой самый тонкий автоматический турбийон в мире толщиной всего лишь 3 мм. Для реализации этой сверхтонкой конструкции потребовался совершенно особый подход. 

Турбийон приводится в движение не с помощью расположенного под его внутренним мостом триба, а благодаря колесной передаче, которая передает энергию от заводного барабана зубьям на внешней стороне каретки. Это позволяет уменьшить толщину каретки. С той же самой целью, вместо того чтобы приводить триб в зацепление с колесом, расположенным под кареткой, спусковой механизм приходит в зацепление с кольцом, установленным с внешней стороны. 

Чтобы гарантировать надежность и устойчивость к ударам обеих инноваций в архитектуре калибра, конструкторы Breguet решили уменьшить до минимума вес всего турбийона. Так родилась идея изготовить каретку турбийона и баланс из титана. Механизму с незначительным весом требуется меньше энергии, чем его аналогам из более тяжелых материалов; легкий вес также позволяет обеспечить запас хода на 80 часов, что необычайно много для ультратонкой структуры.

Некоторые детали женских моделей Breguet тоже изготавливаются из титана. Для часов Reine de Naples Jour/Nuit мастера Дома создали вращающийся циферблат с индикацией дня/ночи и поистине уникальным оформлением: Луна и звезды символизируют ночь, а Солнце представлено в виде балансового колеса, закрепленного на внешнем позолоченном мосту, который выполняет функцию 24-часовой стрелки. Сам диск украшен полудрагоценным камнем – ляпис-лазурью. Модуль приводится в движение заводным барабаном и совершает оборот за 24 часа. Вращающийся диск служит не только площадкой для основных элементов механизма, таких как баланс и спуск, но и опорой для сравнительно тяжелой пластины из ляпис-лазури, декорированной золотыми звездами и перламутровыми облаками. Часовщики Breguet изготовили структурные элементы платины, необходимые для вращения, именно из титана: его легкий вес идеально подходит для конструкции, которая поддерживает всю индикацию. Еще два компонента этой модели выполнены из легких металлов. Прежде всего, Луна. Выбор пал на титан из-за особого блеска, который он приобретает после обработки. Диск с пластиной из ляпис-лазури не является частью структуры и поэтому изготовлен из алюминия.