MILUXE - Luxury Ambassador 

Phương diện kỹ thuật – Lực liên tục (constant force) trong chế tác đồng hồ
Phương diện kỹ thuật – Lực liên tục (constant force) trong chế tác đồng hồ

Phương diện kỹ thuật – Lực liên tục (constant force) trong chế tác đồng hồ

05/12/2016  |   194 Lượt xem
Lực liên tục (constant force) là “tín vật” của ngành chế tác đồng hồ và phép đo thời gian. Việc truyền lực tới các bộ phân cân bằng của đồng hồ còn phụ thuộc vào tốc độ của các bộ phận này bởi lẽ bánh răng cân bằng không phải lúc nào cũng điều phối lực một cách đều nhau. Điều này có nghĩa là chu kỳ dao động độc lập với biên độ dao động. Các barrel và bộ thoát mang tiêu chuẩn Thụy Sĩ ngày nay đã đáp ứng tốt việc điều hòa lực. Tuy nhiện, những nghệ nhân đồng hồ vẫn đang tiếp tục nghiên cứu vì họ mong muốn điều phối lực tốt hơn nữa. Dưới đây là những hướng dẫn kỹ thuật về lực liên tục, một khái niệm vốn được coi là rất phức tạp.

 

 

Barrel là thiết bị lưu trữ năng lượng trong bộ máy đồng hồ. Dây cót được quấn quanh trục của barrel làm nhiệm vụ cấp nguồn cho bộ máy đồng hồ. Barrel điều phối lực không đều . Khi được lên cót đầy, moment xoắn đạt cực đại và sẽ giảm dần khi bộ dữ trữ năng lượng giảm. Điều này làm ảnh hưởng tới tốc độ chạy của đồng hồ vì các bánh cân bằng không phải lúc nào cũng điều phối lực đều như nhau. Chu kỳ giao động, cũng như tốc độ của đồng hồ bị ảnh hương bởi sự điều phối lực khác nhau. Điều này dẫn tới việc các nghệ nhân đồng hồ phải tạo ra một cơ chế vẫn hành để điều phối lực qua dây cót một cách đồng đều.

Bộ chuyển động Côn - xích (Fusée và chain)

Xuất hiện từ thế kỷ thứ 15, côn (fusée) được sử dụng trong đồng hồ treo tường và đồng hồ bỏ túi. Đây là một trong những giải pháp sớm nhất để đồng thời giải quyết được 2 vấn đề: cân bằng lực và stack- freed. Tiếp đó là bánh răng lệch tâm (cam) với lò xo ép lại để bù năng lượng cho dây cót bằng một lực đối lập, và những người thợ chế tác luôn cố gắng để giảm thiểu ma sát giữa các chi tiết này.

Thiết kế bộ chuyển động côn - xích (Fusée-chain) của A. Lange & Sohne. Richard Lange “Pour le mérite”.

Côn (fusée) bao gồm một ròng rọc dạng nón, nối với xích (chain) đã được cuộn xung quanh barrel. Côn (fusée) có truc xoắn ốc để nhận dây xích. Nhờ tăng chu vi của trục này mà lực bị mất đi của dây cót mất đi được bù lại (rất giống với bánh răng của xe đạp). Khi nhả dây cót, dây xích sẽ chuyển động từ barrel sang côn. Các đòn bẩy của côn gia tăng bù đắp cho sự khuyết thiếu momen xoắn của barrel.

Cận cảnh bộ chuyển động côn - xích (fusée - chain)tai Học viện Zenith, George Favre-Jacot cho ra mắt nhân kỷ niệm 150 năm ngày sinh của người sáng lập nhà máy Le Locle.

Bộ chuyển động côn - xích (Fusée - chain) rất khó sản xuất và điều chỉnh , vì vậy nên giá thành của nó tương đối cao. Bộ côn xích trong đồng hồ Richard Lange Pour Le Mérite còn là một ví dụ cho thiết kế sáng tạo với 636 chi tiết và tỉ lệ mặt cắt ngang chỉ 0,6mm/0.3 mm. Bộ chuyển động này cũng đòi hỏi rất nhiều không gian. Với những cải tiến của bộ thoát( escapement) cụ thể là đòn bẩy escapement tiêu chuẩn Thụy Sĩ và barrel hiện đại cung cấp năng lượng tương đối ổn định, thì hệ thống côn – xích (Fusée - chain) không còn cần thiết. Điều này giải thích vì sao hiện nay cơ chế côn - xích hiếm khi còn được thấy trên đồng hồ và thậm chí là hoàn toàn biến mất ở thế kỷ 20. Tuy nhiên, nhờ có những nghiên cứu không ngừng để tìm ra một cách đo thời gian, cơ chế này lại xuất hiện trở lại trong vài năm gần đây ở một số hãng đồng hồ, cụ thể là Breguet, Zenith, Lange & Söhne, Cabestan, Romain Gauthier và De Witt. Nó cũng được coi là một ví dụ điển hình cho trình độ chế tác thủ công đỉnh cao.

Romain Gauthier Logical One Natural Titanium với bộ chuyển đổi côn - xích Một bánh răng lệch tâm hình ốc sên xoay chậm thay thế cho cơ chế côn – xích (fusée – chain) cho phép truyền lực trên một đường thẳng, mà không cần xích phải cuộn lại thành nhiều vòng như cơ chế truyền thống. Liên kế này có ma sát nhỏ dù máy được gắn thêm chân kính.

Cơ cấu hãm barrel/ cải tiến dây cót

Hãm ( a stop- work)  dùng để ngăn tình trạng lên dây cót quá tay, nghĩa là sẽ người dùng sẽ phải ngừng lên dây khi dây cót đã cuốn hết vào trục chính.

Cơ cấu hãm hình chữ thập maltese trên barrel của đồng hồ Ferdinand Berthoud

Một trong những cơ cấu hãm phổ biến nhất trong đồng hồ là cơ cấu hãm chữ thập Maltese. Đây là chi tiết này được làm từ bánh răng hình xiên chéo. Tất cả các tia xiên này đều lõm, ngoài trừ một tia nối trực tiếp với một bánh răng khác được cố định trên trục chính của barrel. Tia lồi này sẽ ngăn trục ngừng quay khi cần thiết. Cơ chế hãm chữ thập Maltese này sẽ khiến cho đồng hồ ngừng hoạt động trước khi barrel nhả hết dây cót. Vì vậy, nó cho phép barrel quay chỉ một số vòng nhất định và bộ phận dây cót được vận hành, tránh mô men xoắn lúc cao lúc thấp.

Cải tiến barrel và những phát minh trong kĩ thuật dây cót khiến cơ cấu hãm hầu như không cần thiết và hiếm khi còn được dùng trong chế tác đồng hồ. Tuy nhiên, một số hãng vẫn còn dùng như Lange & Söhne với caliber Datograph L952.1; caliber IWC 5000 được giới thiệu vào năm 2000 với dự trữ năng lượng lên tới 8,5 ngày nhưng đồng hồ sẽ ngừng chạy 7 ngày nếu không tiếp tục được lên dây.

Thợ chế tác đồng hồ đang tiếp tục tối ưu hóa các thiết kế của barrel và dây cót, sử dụng liên kết barrel hàng loạt , sử dụng barrel nhiều tầng để đảm bảo mô-men xoắn liên tục, phát triển các hợp kim mới để thay thế cho việc sử dụng rộng rãi Nivaflexâ, hoặc tiến hành cải thiện các cách làm giảm ma sát của các chi tiết. Trong công cuộc nghiên cứu để nâng cao tính hiệu quả của barrel, Cartier đã cho ra hai concept đồng hồ, với barrel 2 tầng, 4 dây nhả cót đều đặn. Các dây cót này được làm bằng sợi thủy tinh siêu vi và không chứa kim loại, cung cấp tính đàn hồi cao. Thiết kế này cũng cho phép truyền năng lượng đều đặn hơn khi chúng nhả cót. Cartier cũng thực hiện để giảm ma sát barrel thay thế dầu bôi trơn truyền thống với một lớp polymer siêu mỏng mịn phủ trên dây. Cartier tuyên bố rằng những cải tiến cho phép tăng thêm 30% năng lượng có sẵn bên trong barrel.

Barrel đôi của Cartier ID Two chứa 4 dây cót cải tiến làm bằng sợi thủy tinh.

 

F.P. Journe, Bi-axial High Performance escapement, Dead second và Remontoir d'égalité (lưỡi dây cót) cơ chế (trái). Lange & Söhne remontoire (phải) của Lange 31. Với dây cót cuộn đóng vai trò làm mượt lực cung cấp bởi các dây cót chính hơn 31 ngày kể từ ngày dự trữ năng lượng.

Remontoire (hoặc tiếng Pháp remontoir ) là một loại thiết bị lưu trữ lực liên tục, nó bao gồm dây cót thứ (dây cót dang thanh hay cuộn) nhằm cung cấp năng lượng cho bộ thoát (escapement). Nó được lên cót định kỳ bởi dây cót chính và tách riêng bộ thoát (escapement) và dao động từ các mô-men xoắn khác nhau của barrel. Nhà chế tác đồng hồ Jost Bürgi (1552-1632) đã sử dụng remontoire để cải thiện tính chính xác cho những chiếc đồng hồ của mình để đo thời gian xuất hiện của các ngôi sao. Nhưng giống như cơ chế côn – xích ( fusee- chain), sự tiến bộ của công nghệ làm đồng hồ đã đẩy cơ chế remontoire lùi vào dĩ vãng. F.P. Journe cho rằng Journe George Daniels, Anthony Randall và ông là số ít những thợ đồng hồ còn chế tác những thiết bị như thế trong thế kỷ 20. Cuối cùng thì remontoires cũng đã trở lại, Journe là người khởi xướng với Remontoir d'égalité. Và một số hãng đồng hồ cũng theo đó mà cho ra mắt cơ chế remontoire trong những năm gần đây như Lange & Söhne, Lang & Heyne, Christophe Claret, Arnold & Son hay gần đây hơn là Grönefeld.

Chiếc remontoire Gronefeld 1941tuyệt đẹp nhả năng lượng hơn 8 giây trong khi hầu hết các thiết bị tương tự thực hiện chu kỳ là 1 giây.

Bộ thoát (escapement) của lực liên tục

Một trong những cách khó nhất khiến barrel giảm cung cấp năng lượng có lẽ là cách thực hiện ngay trên bộ thoát (escapement). Trong số những nghiên cứu sớm về lĩnh vực này, nhà nghiên cứu đồng hồ người Anh, Charles Haley đã được cấp bằng sáng chế N ° 2132 vào năm 1796 cho nghiên cứu bộ thoát cho lực liên tục; Breguet đã đăng ký bằng sáng chế cho bộ thoát cho lực liên tục vào năm 1798.

Gần hơn, Girard-Perregaux đã công bố một giải pháp mang tính đột phá nhằm cải thiện tính đồng thời trên đồng hồ, đó là bộ thoát liên tục. Ý tưởng của Nicolas Déhon ra đời từ cuối những năm 1990 khi ông bắt đầu phát triển mẫu ELF (Echappement à Lame Flambée), một kiểu của bộ thoát (escapement) đầu tiên và sau một vài năm, bộ thoát này đã được đưa vào ứng dụng nhờ công nghệ hiện đại và sự góp mặt cuẩ vật liệu silicon. Nguyên tắc hoạt động của nó dựa trên tính đàn hồi và ổn định kép của lưỡi vênh. Chi tiết bằng silicon có độ 14-micron này như một bộ phận dữ trữ năng lượng siêu nhỏ lưu trữ làm nhiệm vụ chuyển năng lượng đẩy liên tục tới bộ phận tạo dao động. Các lưỡi đánh nhẹ từ vị trí này sang vị trí khác sau khi lưu trữ năng lượng giải phóng không đổi (nhỏ hơn 1mJ).

ELF khác với cơ chế remontoire vì thiết bị lực liên tục (lưỡi vênh) chính là một phần của bộ thoát (escapement) và chuyển xung trực tiếp đến bộ phận dao động, mà không cần bánh răng trung gian. Ngoài ra, lực liên tục không được cung cấp quá thời gian quy định trừ mỗi lưỡi.

 

Phiên bản đầu của bộ thoát liên tục ( constant escapement) và escapement spring. Thành phần duy nhất bằng silicon đơn thể này đặc trưng bởi bộ khung để đảm bảo tính cố định hoàn hảo, bộ lưỡi để hạn chế cong và cần gạt xung xoay đồng trục với cần gạt uốn khúc và cung cấp xung liên tục nhằm cân bằng bánh răng.

Trong số những bộ thoát (escapement) mới được phát triển gần đây, Ulysse Nardin đã tận dụng lợi thế tiềm năng để thiết kế nên Ulysse Neo Escapement và truyền xung đẩy liên tục tới bộ phận dao động.

Lên giây cót tự động

Sẽ ra sao nếu lên dây cót tự động trở thành cách đơn giản nhất để cung cấp năng lượng liên tục cho đồng hồ ? Đồng hồ tự động sẽ liên tục được lên dây cót khi được đeo. Dây cót được thiết kế để trượt trong barrel nhằm ngăn lên giây cót quá tay và cho phép đồng hồ hoạt động trong phạm vi tối ưu. Để hoàn thiện hệ thống đơn giản này, Richard Mille thậm chí còn phát triển concept với rotor nhả cót tự động khi năng lượng dự trữ đạt đến mức đủ.

Tuy nhiên, đồng hồ lên dây cót bằng tay mang nét tinh tế độc đáo. Sau tất cả, như George Daniels đã giải thích trong cuốn sách " watchmaking” của ông, " Cách dùng chung của các bộ thoạt hiện đại là loại bỏ sự cần thiết của lực liên tục.". Vì một lí do nào đó, fusées, remontoires hoặc bộ thoát lực không đổi( constant-force escapement) ngày nay không còn cần thiết như trước, giờ người ta dùng nó chỉ để làm tăng thêm tính thẩm mỹ cho đồng hồ.

Bài viết liên quan