Transcribers note: Возможные опечатки в тексте сохранены в том виде, в каком они присутствуют в оригинальном издании книги.
Слова «выше» и «справа» в подписях к иллюстрациям сохранены, хотя в данной электронной книге они не имеют отношения к делу.
49
Материалы предоставлены
Музеем истории и техники:
Статья 4
Auburndale Watch Company
Эдвин А. Баттисон
ИЗОБРЕТЕНИЕ 51
РАЗРАБОТКА ИЗОБРЕТЕНИЯ 53
НОВЫЙ СПОНСОР 57
УСПЕХ И НЕУДАЧА 64
УРОК 67
50
Эдвин А. Баттисон
AUBURNDALE WATCH COMPANY:
Первая американская попытка создания «долларовых» часов
Жизнь первопроходца всегда была трудной. Не все добиваются успеха, и многие исчезают, не оставляя следа на страницах истории. В данном случае кропотливое исследование позволило восстановить достаточно сведений, чтобы мы могли проанализировать ошибки в проектировании и производстве, которые привели к краху первой попытки создания по-настоящему дешевых карманных часов.
Данная статья основана на изучении патентной модели роторных часов Auburndale и других изделий компании, хранящихся в коллекциях Национального музея, а также в других собраниях, включая коллекцию автора. Это исследование является частью подготовительной работы для зала хронометрии в Музее истории и техники.
Об авторе: Эдвин А. Баттисон — заместитель куратора отдела машиностроения и гражданского строительства Музея истории и техники в составе Национального музея США Смитсоновского института.
Идея создания машинных часов со взаимозаменяемыми деталями давно занимала умы многих людей. Было предпринято несколько попыток воплотить этот замысел в реальность. Успех сопутствовал тем, кто работал недалеко от Бостона, штат Массачусетс, в 1850-х годах. Проделанная там работа заложила основу, благодаря которой американское часовое производство выросло до такой степени, что к 1870-м годам часы отечественного производства захватили почти весь внутренний рынок и начали осваивать зарубежные рынки. Несмотря на это великое достижение, оставался большой неосвоенный потенциал рынка для часов, которые сочетали бы в себе точность хода и низкую розничную цену. Достичь этого можно было только путем радикального отхода от традиционной конструкции. Соперничество между несколькими существующими компаниями уже привело к установлению минимально возможной цены на часы традиционной конструкции.
Главным препятствием для обеспечения точности хода недорогих часов является баланс. Этот узел требует тщательной регулировки температурной погрешности и уравновешенности. Из этих двух факторов, нарушающих точность, отсутствие уравновешенности наиболее досадно для владельца, поскольку из-за него часы ходят крайне нерегулярно. Часы, в которых детали не уравновешены, имеют разный суточный ход в каждом положении, в которое их помещают. Эта позиционная погрешность, как ее называют, может вызывать и часто вызывает крайне нерегулярный и непредсказуемый ход. Аврааму-Луи Бреге, знаменитому швейцарско-французскому часовщику из Парижа, приписывают изобретение в 1801 году [1] турбийона — остроумного способа обойти эту погрешность.
Рисунок 1. — Турбийон Бреге. На позиции C показана каретка, которая вращается вместе с трибом B, перенося спусковой механизм и баланс вокруг неподвижного колеса G. (По книге Дж. А. Бейли «Часы, их история, оформление и механизм», Лондон, Methuen, б.г.)
Его решение заключалось в установке спускового механизма в раму или «каретку», которая вращалась, обычно один раз в минуту, так что за каждый оборот проходились все возможные положения (рис. 1). Это придавало часам средний ход, который был постоянным, за исключением вариаций в течение периода вращения каретки. Однако только очень искусный мастер мог работать с той деликатностью, которая необходима для создания такого механизма. В результате их было изготовлено немного, и они были настолько дорогими, что по-прежнему оставалось более практичным уравновешивать детали в обычном механизме. Идея вращения всей колесной передачи часов, включая спусковой механизм, по-видимому, развивалась на удивление медленно после базового изобретения Бреге — вращающегося спускового механизма. При создании часов, в которых вращается вся колесная передача, не требуется такой деликатной или точной работы, как в турбийоне. Из-за более длинной колесной передачи период вращения намного медленнее. Позиционные погрешности усредняются так же надежно, хотя и не так часто. В часах «Karrusel» Бонниксена 1893 года [2] продолжительность цикла составляет 52,5 минуты [3], в то время как в роторных часах Auburndale, которые мы собираемся обсудить, период каждого оборота составляет 2,5 часа.
Изобретение
Патентная модель вращающихся часов Джейсона Р. Хопкинса, ныне хранящаяся в Национальном музее США [4], была не первой, в которой вращалась вся колесная передача, но это была весьма оригинальная концепция, призванная значительно сократить количество деталей, обычно присущих любым часам. Это видно на рисунках 2 и 3, где все, что показано внутри зубчатого кольца, медленно вращается по мере раскручивания заводной пружины. Раскручиванию этой пружины с ее собственной скоростью препятствует триб колесной передачи, находящийся в зацеплении с зубчатым кольцом. Через этот триб движение передается на анкерное колесо и баланс, где регулируется ход часов. Баланс, установленный в центре вращения, движется вокруг своей оси, как в турбийоне, со скоростью, с которой вся колесная передача вращается вокруг вала барабана. Этот вал поворачивается только во время завода. В патенте не показан циферблат или циферблатная передача, их нет и в патентной модели. В патенте лишь вскользь говорится: «С помощью колес циферблата движение барабана может передаваться на стрелки, и время может указываться обычным образом». На модели нет тонкой отделки или камневых опор, единственные камни присутствуют в мосту баланса, который был использован в том виде, в каком он был взят из оригинальных часов, лишь с незначительным изменением формы его ножки. По-видимому, сам баланс также является реликтом тех же или подобных обычных часов. В спусковом механизме или на другом конце оси баланса нет камневых опор. Несмотря на это, модель работает очень активно и при сильном заводе может давать «отскок» (overbanking). Частота колебаний спускового механизма составляет два в секунду, а механизм совершает один оборот за 20 минут.
У модели есть два больших недостатка. Первый — отсутствие адекватной опоры для вращения барабана. Имеется только одна очень короткая опора, расположенная далеко от точки зацепления между трибом и внутренним зубчатым колесом, и барабан не имеет надлежащей поддержки, в результате чего он стремится отклониться от идеального или правильного положения и заклинивает. Это состояние усугубляется тем, что зубчатое кольцо было изготовлено путем нарезки зубьев под углом к оси, вокруг которой оно должно вращаться, с использованием только пилы соответствующей ширины. Затем зубья были доработаны вручную в ходе отдельной операции, что по самой своей природе означает, что зубья не совсем одинаковы. Это отсутствие единообразия зубчатого кольца в сочетании с совершенно неадекватной опорой для барабана способствует довольно нерегулярной передаче мощности. Эти неровные зубья, конечно, не были бы фактором в часах заводского изготовления, где для такой работы имелось бы подходящее оборудование.
Рисунок 2. — Патентный чертеж часов Хопкинса. Барабан заводной пружины E, имеющий очень большой диаметр по отношению к диаметру часов, занимает почти весь диаметр механизма. Сама пружина, более узкая и гораздо длиннее обычной, в патентной модели изготовлена путем склепывания двух обычных пружин встык. Поверх этого барабана и прикрепленного к неподвижной раме часов помещено большое тонкое кольцо A, на внутреннем диаметре которого нарезано 120 зубьев. Рядом с краем барабан E несет ось g, на которой вращается триб из 10 зубьев, находящийся в зацеплении с зубчатым кольцом A. На этом трибе находится колесо из 80 зубьев, приводящее в движение триб из 6 зубьев на оси анкерного колеса. 15-зубое анкерное колесо фиксируется на пружинном стопоре и передает импульс на баланс только в одном направлении, являясь обычным хронометрическим спусковым механизмом. Промежуточное колесо и триб, баланс и мост баланса были адаптированы от швейцарского механизма того времени.
Второй недостаток заключается в соотношении между временем одного оборота и количеством оборотов, необходимых для работы в течение дня. Для работы часов в течение часа, конечно, требуются три оборота пружины, поскольку барабан и колесная передача вращаются три раза за это время. Если мы решим, что часы должны работать 30 часов от одного завода, а это оставляет лишь небольшой запас прочности, то мы увидим, что для этого потребуется 90 оборотов заводной пружины, что является явной невозможностью с учетом имеющегося пространства [5].
Рисунок 3. — Оригинальная патентная модель часов Хопкинса, патент США № 161513 от 20 июля 1875 года, ныне в Национальном музее США (инв. № 309025).
Рисунок 4. — Чертеж из патента США № 165831, показывающий первое конструктивное улучшение Хопкинса: ось для вращения барабана и колесной передачи и смещенный от центра баланс.
Вероятно, в то время не предпринималось попыток создать готовые и практичные часы, хотя Хопкинс, изобретатель, был настоящим часовщиком, а также розничным ювелиром, чье заведение находилось практически в тени Патентного ведомства. Он был уроженцем штата Мэн [6] и обосновался в Вашингтоне с 1863 года, или, возможно, с какого-то времени в 1862 году [7].
Рисунок 5. — Устройство Хопкинса для остановки баланса, предмет патента США № 165830. Это устройство и устройство, показанное на рисунке 4, были первоначально представлены вместе в Патентное ведомство 9 июня 1875 года, а затем были разделены на два патента.
Разработка изобретения
Эдвард А. Лок долгое время искал простые часы, приспособленные для легкого производства и продажи по цене от трех до четырех долларов. Во время поездки в Вашингтон его внимание к часам Хопкинса привлек Уильям Д. Кольт из Вашингтона [8]. Результатом этой встречи, по-видимому, стала выдача Джейсону Р. Хопкинсу двух патентов [9], в обоих из которых половина прав была передана Уильяму Д. Кольту. Патент 165831 относится к валу барабана для часов. Как видно (рис. 4), вал состоит из двух частей, одна из которых входит в другую, а составной вал B-C поддерживается с обоих концов рамой часов. Текст патента ограничивается кратким описанием вала. Однако, учитывая недостатки оригинальной модели, патентные чертежи говорят о том, что в общую конструкцию более работоспособных роторных часов было внесено гораздо больше изменений.
Квадрат на валу C в задней части часов позволяет заводить заводную пружину, которая крепится к большему диаметру C, при этом храповик или заводная собачка расположены прямо под опорой F. Внутренняя или передняя часть B составного вала выступает из передней части механизма и вращается со скоростью вала барабана, величина которой не указана. Также, глядя на перспективное изображение, мы видим, что, хотя хронометрический спусковой механизм был сохранен, баланс был размещен эксцентрично, чтобы освободить место для центрального вала. Теперь баланс описывает орбиту вокруг центра вращения. Приводная колесная передача не показана, так как она не имеет отношения к патенту, но, по-видимому, имеется достаточно места для двух промежуточных колес и их трибов между анкерным колесом и бобышкой моста колесной передачи, видимой справа вверху на перспективном виде рисунка 4. Добавление еще одного колеса и триба к передаче привело бы к уменьшению количества оборотов, требуемых от пружинного барабана. Мы видели при изучении патентной модели роторных часов Хопкинса, что это было необходимо не только для уменьшения количества оборотов заводной пружины и барабана, но и для уменьшения силы, передаваемой на спусковой механизм. На основании вышеизложенных наблюдений и соображений мало оснований сомневаться в том, что эти модификации были реализованы ко времени получения этого патента. Опять же, циферблатная передача не показана. Если бы потребность в специальной передаче существовала в то время, кажется странным, что она не была охвачена патентом, как это было сделано в более позднем патенте [10], переданном Уильяму Б. Фаулу. Единственный способ избежать специальной передачи — вращать барабан и колесную передачу каждый час, чтобы минутная стрелка могла двигаться вместе с ними, как она движется с центральным колесом в обычных часах. Как только это условие было выполнено, можно было применять обычную циферблатную передачу.
Сопутствующий патент 165830 (см. рис. 5) охватывает механизм для предотвращения «отскока» баланса, в основном для хронометрического спускового механизма. Это, конечно, было направлено на то, чтобы сделать возможным использование спускового механизма в сочетании с заводной пружиной с сильно варьирующейся мощностью. Мы видели, что это состояние неравномерной мощности существовало в первых часах Хопкинса. Хотя в модели второй версии (см. рис. 4) это состояние было значительно улучшено, оно, безусловно, присутствовало в некоторой степени, поскольку связано с любой пружиной. Защита от «отскока» вполне могла оставаться необходимой, особенно если передаточное число между спусковым механизмом и барабаном было достаточно низким, чтобы позволить часовое вращение барабана. Особенности, охватываемые этим патентом, первоначально были представлены как часть того, что позже стало патентом 165831. Изучение оригинального рукописного патентного дела [11] показывает, что патентная заявка была разделена на две по предложению патентного эксперта, который указал, что задействованы два различных и отдельных механизма, каждый из которых может использоваться без другого.
Рисунок 6. — Чертеж из патента США № 179019, показывающий устройство Хопкинса для предотвращения срыва хронометрического спускового механизма.
Эти два патента, которые фактически начинались как один, по-видимому, представляют часы в том виде, в каком они были, когда Хопкинс отправился в Уотербери, штат Коннектикут, где он снова встретился с Эдвардом А. Локом. Они представили эту улучшенную модель часов компании Benedict and Burnham Manufacturing Co., которая посоветовала не производить их до тех пор, пока они не будут дополнительно доработаны. Оттуда Хопкинс отправился со своими часами в Бостон, где провел переговоры с Джорджем Мерриттом, который, как и Лок, был заинтересован в начале производства недорогих часов. Мерритт, возможно, был старшим членом команды Лока-Мерритта или просто имел больше веры в Хопкинса и его часы, чем его партнеры. Во всяком случае, он предоставил деньги на расходы, пока предпринимались дальнейшие попытки улучшения [12]. Отсутствие Хопкинса в городском справочнике Вашингтона за 1877 год, возможно, объясняется этой работой, которую он проводил над своим патентом. Хотя это было завершено к удовлетворению Хопкинса, оно все еще не соответствовало представлению Мерритта о практичности, и последний отказался от идеи производства часов [13]; то, что начиналось как очень простые часы с малым количеством деталей, с каждой попыткой сделать их работоспособными становилось все более сложным из-за запутанных и дорогих деталей. Похоже, что Хопкинс не обладал редким даром улучшения путем упрощения. Это редкий дар, и им редко обладает человек, очень тесно и интенсивно вовлеченный в мельчайшие детали конкретной проблемы.
Рисунок 7. — Часть чертежей из патента США № 186838, показывающая механизм завода и установки стрелок, очень близкий к тому, как он был применен в роторных часах Auburndale.
Сколько времени потребовал этот период разработки и экспериментов, не сообщается. Он вряд ли мог начаться раньше начала июня 1875 года, когда была подана заявка на патент (165830) для предотвращения «отскока». Кассовая книга Уильяма Б. Фаула из Оберндейла, штат Массачусетс [14], сообщает нам, что в марте 1876 года он купил половину доли Уильяма Д. Кольта в роторных часах Хопкинса, частично наличными, но включая роялти с каждых изготовленных часов. Половина этого роялти должна была идти Хопкинсу, четверть — Уильяму Д. Кольту и четверть — Уильяму Б. Фаулу. Является ли патент 179019, выданный 20 июня 1876 года Хопкинсу, который передал его 10 июня 1876 года Фаулу [15], последним улучшением, предложенным Мерритту? Он охватывает устройство, приводимое в действие выступом на оси баланса для фиксации стопора от срыва, когда он находится в одном положении, и для обеспечения нормальной работы хронометрического спускового механизма, когда он находится в другом положении (см. рис. 6). Еще один патент, заявка на который была подана 12 января 1876 года, находился в перспективе и был окончательно выдан как № 186838 30 января 1877 года, передан Уильяму Б. Фаулу 21 ноября 1876 года [16]. Это самый практичный и полезный патент в серии. Сравнение этих чертежей (см. рис. 7 и 8) с роторными часами Auburndale (см. рис. 9) показывает поразительное сходство между замыслом изобретателя и изделием, которое в конечном итоге было произведено. Практичный центральный вал для поддержки и направления всего вращающегося механизма здесь сочетается с механизмом завода от головки, рычажной установкой стрелок и циферблатной передачей в хорошо продуманной компоновке.
Рисунок 8. — Оставшиеся чертежи из патента США № 186838, показывающие циферблатную передачу, используемую в роторных часах Auburndale.
Здесь, где история часов Хопкинса расходится с интересами тех, кто позже выпустил конкурирующие часы Waterbury, кажется уместным обратить внимание читателя на основные моменты новизны и достоинства часов Хопкинса, которые перешли в то, что стало часами Waterbury, подобно тому, как наследственная характеристика передается из поколения в поколение. Предыдущие авторы понимали, что одни часы привели к другим, и группировали их вместе из-за вращающейся функции, которую они имели в общем. За пределами этого момента они рассматривали часы так, как будто у них не было ничего общего. На самом деле, несколько основных особенностей часов Хопкинса существовали в обоих: длинная узкая пружина в барабане, примерно заполняющая одну сторону корпуса часов, колесная передача, вращающаяся в центре часов и приводимая в движение планетарным трибом в зацеплении с зубчатым колесом, закрепленным на неподвижной части часов, спусковой механизм с медленным ходом и, вероятно, часовое вращение колесной передачи и спускового механизма. Когда эти детали появились в первых часах, изготовленных для господ Лока и Мерритта компанией Benedict and Burnham Manufacturing Co., а позже Waterbury Watch Co., они были значительно изменены в деталях и гораздо лучше приспособлены к массовому производству, хотя в основе своей остались прежними.