Součásti náramkových hodinek

[FTo]

Hřídel setrvačky

Stručný popis
Hřídel setrvačky je ocelová součást válcového charakteru, která ve strojku NH vykonává rotační vratný pohyb a slouží k nesení dvojkotouče s popudným kamenem, a jádra vlásku s vláskem a setrvačníkem. Hřídel je na svých koncích - čepech uzpůsobena k uložení v kluzných ložiscích, kde jsou přenášeny radiální a axiální reakce sil vybuzené:

- účinkem sil od hmotnosti sestavy hřídele s nesenými prvky
- chodem mechanismu
- rázy, například při pádu hodinek na zem.

Maximální rozměry hřídele u kalibru 50: délka l = 2,85 mm a ø 1,3 mm. Těmito malými rozměry, členitostí povrchu a požadavky na přesnost se řadí mezi součásti náročné na výrobu a zároveň je označována jako nejnamáhanější součást náramkových hodinek – ony čepy hřídele uložené v ložiscích.

Funkční části hřídele
Na prvním obrázku je vyobrazena samotná hřídel v poloze hodinek zadní stranou nahoru, čepy nejsou uzpůsobeny pro tlumič nárazů ( Elast-blok, KIF anebo INCABLOC ).
Červenou barvou jsou označené čelní kruhové plochy přenášející axiální síly z hřídele do ložisek a fialovou barvou válcové plochy přenášející radiální síly z hřídele do ložisek. Na tento typ ploch je kladen veliký důraz na přesnost výroby, protože se jedná o plochy za chodu funkční v kterých se odehrává rotačně vratný pohyb soustavy a tím tření mezi hřídelem a ložisky.
Zelenou barvou je označena kuželová plocha na kterou se lisuje dvojkotouč s popudným kamenem. Díra v dvojkotouči je válcová, dřík hřídele kuželový a uložení soustavy je s přesahem – montáž dvojkotouče se tedy provádí lisováním. Při lisování na hřídel se dvojkotouč deformuje – roztahuje – čímž je zaručena jeho aretace. Jako doraz při lisování slouží čelní plocha osazení hřídele – vyznačeno opět zeleně. Pro nalisování a vylisování dvojkotouče je třeba speciálního přípravku.
Modrou barvou jsou označené plochy, na které se lisuje jádro vlásku s vláskem a setrvačník. Anologie uložení, montáže a demontáže je identická jako v předchozím případě.
Pozn.: U některých hřídelí se v modře značené části vyskytoval ještě jeden kuželový dřík, který nesl setrvačník.



Výroba

Je popsána tak, jak probíhala v letech 1954 / 1994, byť se průběhem let jednotlivé rozměry hřídelí pro jednotlivé typy strojků měnily. Výkresová dokumentace uvedená v textu odpovídá základnímu kalibru 50. Výroba spočívala ve třech výrobně-technologických operacích: soustružení, broušení a leštění ( rolírování ), kdy vstupním polotovarem byla ocelová tyč o průměru 1,3 mm, tzv. hlazenka, dodávaná švédskou firmou SANDVIK. Zhotovení jednotlivých technologických operací probíhalo na jednoúčelových strojích, nastavením určených přímo k dané operaci na součásti.

Soustružení:

Bylo prováděno na automatickém dlouhotočném soustruhu TORNOS M-4 vyráběném ve Švýcarsku stejnojmennou firmou – TORNOS. Automatický v tomto případě neznamená CNC – tedy číslicově řízený, ale automaticky řízený pomocí vaček. Každá vačka, mechanicky spjatá s jedním nožem, byla tvarově uzpůsobena tak, aby po ní odvalující se rolna přenesla informaci o tvaru noži obrábějícímu danou konturu – tvar vačky tedy určuje dráhu nože. Tímto způsobem bylo využíváno až 5 nožů v suportu současně na obrobení jedné součásti, přičemž každý z nožů měl předdefinovánu svoji část k obrobení. Po vyjetí posledního nože z řezu se oddělila vysoustružená součást od polotovaru a proces se opakoval. Pomocí tohoto automatického mechanismu bylo dosaženo vysokého počtu vysoustružených součástí během krátkého časového intervalu v téměř identické kvalitě. Obsuha – kontrola - musela jen v určitých časových úsecích kontrolovat kvalitu obráběcích nožů, aby nedocházelo ke zmetkovitosti vlivem jejich otupení.

Používaný typ soustruhu TORNOS M-4 na obrázku staženém z internetu.


Výsledný produkt soustružení je k vidění na prvním výkrese. Výkresová dokumentace zde prezentovaná je kompletně překreslena z dobové dokumentace zhotovené konstruktéry v Eltonu s tím rozdílem, že nebyla zpracována ručně perem na pauzovací papír, ale ve 3D cadu Pro-E Wildfire 5, kdy se nejprve zhotoví 3D model a posléze 2D výkres. Jako podklad pro její tvorbu posloužila publikace pana Jaroslava Vajsara – viz, použité prameny: 1, Rozmístění kót, detailů, popisků, drsností a tolerancí je beze-změny převzato z původní dokumentace. Font autorova písma není možné ve 3D cadu replikovat.



Aby bylo možné součást zobrazit a následně okótovat tak, abychom mohli pozorovat jednotlivé konstrukční prvky, bylo nutné zvolit měřítko 100:1, tedy hřídel 100x zvětšit. Použitý formát výkresu jsem zvolil A3. Bohužel v jakém měřítku a na jakém formátu je zobrazena předloha se mi nepodařilo zjistit, protože mne dostupný podklad postrádá rohové razítko.

Z konstrukčního hlediska stojí za povšimnutí:

1, Použité tolerance – tolerance zde uváděné, jak průměrů tak délek, se pohybují v drtivé většině v řádech setin a tisícin, což je vynuceno miniaturností součásti a požadavku na přesnost. Pro ilustraci se podívejme například na podélný rozměr 1,31 ± 0,005 mm. Při výrobě součástí v přesném a všeobecném strojírenství se používá tolerančí hodnota pro délkový rozměr do 3 mm ± 0,05 mm, což je vztaženo k jemné třídě přesnosti. Střední třída přesnosti už nabízí toleranci ± 0,1 mm a je v běžné výrobě nejpoužívanější. Toleranční pole rozměru na hřídeli je tedy přísnější o jeden desetinný řád, než nejpřísnější běžně užívaná třída. Tato skutečnost klade poměrně vysoké nároky na kvalitu obráběcího stroje a podmínek okolí.

2, Tvar použitého zápichu – DETAIL A.
U hřídelí s velikým poměrem průměrů se standartně používají normalizované zápichy tvaru F a G, které jsou definovány normou, potažmo strojnickými tabulkami, a mají sloužit k rovnoměrnějšímu roznesení napětí koncentrujícímu se u skokových změn průměrů na hřídeli. Každá změna tvaru u standartního zápichu je pro plynulejší tok napětí vylehčena radiusem. Z výkresu našeho hřídele je však patrné pouhé zajetí obráběcím nožem do přechodu z ø 0,545 na ø 1,3 mm, a tím vytvoření ostrého vrubu – koncentrátoru napětí. Tento konstrukčně nestandartní prvek si vysvětluji pouze technologickou náročností výroby, titěrností součástí a faktu, že nejvíce namáhané jsou pouze čepy hřídele uložené v kluzných ložiscích. Protější strana, kde je nalisován dvojkotouč s popudným kamenem je bez zápichu a bez jakéhokoliv ošetření. Stejně je tomu i u přechodu z ø 0,51 na ø 0,28 mm. Nicméně součást od uvedení do výroby stále plní svojí funkci, což je nejpodstatnější.

Broušení konců čepů:

Hřídel opustila vřeteno soustružnického automatu ve stavu s kuželovými zakončeními konců čepů. Tyto tvarové prvky jsou nepřípustné pro chod hřídele v axiálních ložiscích, protože by došlo k jejich vydření a tím rozhození axiálního uložení v sestavě základny strojku a můstku setrvačky. Druhou a zároveň náročnou operací ve výrobě bylo tedy odstranění těchto kuželových konců broušením, které zaručilo jak zrovnoměrnění tření konců hřídele v axiálních ložiscích, tak dodržení dvou podélných funkčních rozměrů daných výkresem. Podélné rozměry mají vliv na uložení hřídele mezi axiálními ložisky – u příliš dlouhé hřídele hrozí znemožnění otáčení a tím i chod hodinek, u příliš krátké hřídele se zvětší vůle mezi ložisky a s tím spojený zbytečný osový chod hřídele.
Součást byla upnuta v přípravku za výchozí funkční plochu A a obsluhou vsouvána mezi dva rotující a podélně nepohyblivé brusné kotouče k opracování. Symboly znaku stříšky ve výkrese značí podepření plochy v přípravku při opracování. Operace byla prováděna na dvou paletových bruskách KIENZLE. Potřeba navyšovat počet vyráběných kusů vedla podnik v průběhu doby k přestavbě stávajících anebo vývoji nových vlastních strojů, které umožňovaly nejprve částečnou a poté zcela automatizovanou výrobu a vícestrojovou obsluhu této operace.



Leštění ( rolírování ) čepů

Z důvodů snížení třecích sil, prodloužení životnosti ložisek a hřídele, a zaručení udržení mazacího oleje mezi ložisky a čepy byla do technologického postupu zařazena výrobní operace – leštění trumpetkových ploch čepů hřídele.
K tomuto účelu se používala konstrukčně poměrně náročná dvouvřetenová leštička Švýcarské firmy STRAUSAK – typ STRAUSAK 119A. Leštění obou čepů probíhalo současně prostřednictvím dvou kotoučů ze slinutého karbidu se svislou osou rotace. Součást vodorovně upnutá v přípravku a otáčená mechanismem leštičky měla opracovány jak válcové plochy čepů – čely kotoučů, tak jejich přechodové části s rádiusem – obvodové plochy kotoučů. Proces leštění je znázorněn na obrázku níže staženém z webových stránek firmy STRAUSAK která, jak je vidno, princip funkce strojů, pro úpravy povrchu rotačních součástí, používá dodnes. Funkční plochy leštících kotoučů mají žlutohnědou barvu. Mezi nimi je upnuta vzorová součást, která je otáčena obvodovými plochami přitlačených disků. Přípravek nesoucí součást není znázorněn. Hodnota úběru materiálu na průměru čepu z Eltonu činí 0,005 mm, což je i hodnota uvedená v technické specifikaci výrobcem rolírovačky.



Příklad této výrobní operace názorně ukazuje, jak náročné zařízení je nezbytné vyrobit, abychom docílili požadované kvality povrchů okem téměř neviditelných ploch. Nicméně, technologie rolírování byla používaná výrobci NH ve Švýcarsku a Francii ještě před zavedením výroby NH v Československu.




Zrcadlové leštění čepů:

Ze stejných funkčních důvodů jako bylo leštění dříků čepů bylo nutné provést leštění i jejich čel, což byla další výrobní operace vyžadující k tomuto úkonu uzpůsobený stroj. Současně s leštěním čel čepů došlo i k vytvoření rádiusu na přechodové hraně z čela do dříku, což příznivě ovlivňuje trvanlivost axiálního ložiska a opět snižuje tření při chodu. V počátcích výroby byla operace prováděna na ručních hodinářských leštičkách BOLEY. Koncem padesátých let však podnik přistoupil k vývoji leštičky vlastní, dle mého názoru, produktivitou odpovídající rostoucí výrobě NH. Funkční součástí leštičky byl otočný disk, ve kterém byly po obvodu kuželové drážky – celek velmi zjednodušeně připomínající popelník. Do drážek byly na jedné straně disku za své kuželové plochy obsluhou vsazovány hřídele, které byly unášeny pod pružící přítlačný kotouč. Ten hřídel v disku roztočil a k čelu čepu se přistavila polohovatelná miska se směsí leštící pasty o kterou byly dané partie leštěny. Složení pasty viz. poznámka na výkrese. Jelikož má hřídel dva typy kuželů a dva čepy, byly nutné i dva typy disků – každý disk umožnil opracování pouze jednoho čepu.




Povrchová úprava:

Hřídel setrvačky je jednou z mála komponent NH na které nebyla prováděna povrchová úprava např. niklováním, zlacením či chromováním, ale z čistě funkčních důvodů byla podrobena pasivaci. Při pasivaci je na povrch ocele nanesena mikroskopicky tenká vrstva oxidů legujících prvků, která jí chrání proti korozi a v případě aplikace na hřídel i zlepšuje tření. Před pasivací je nutné součást důkladně omýt a odmastit.


Mezi-výrobní operace:

Tento poměrně obsáhlý text zmiňuje pouze výrobní operace, při kterých dochází buď k úbytku materiálu anebo konečné povrchové úpravě součásti. Do celkového výrobního cyklu je však nutné zařadit ještě mezikroky, při kterých docházelo např. k odostření, omýlání, oplachování, kontrole, odmaštění, atd. Byť je každá z těchto činností zajímavá, a kolikrát i způsob jakým byla dotažena do své konečné podoby, není v moci tohoto příspěvku uvést vše. Cílem podniku v té době bylo jednotlivé operace co nejvíce automatizovat, zkracovat výrobní časy a zvyšovat produkci a kvalitu, což se dle autora pramenu 1, dařilo.


Zařazení položky do katalogu ND

Pro účely snazšího zajištění oprav hodinek, u kterých došlo během provozu k poruše, byl vytvořen katalog náhradních dílů vydávaný Chronotechnou. Každá součást hodinek měla v katalogu přiřazené své číslo, pod kterým ji bylo možné dohledat a objednat. Číslo hřídele setrvačky kalibru 50 je 82. Potřeboval-li opravárenský hodinářský podnik určitý počet hřídelí pro konkrétní typ strojku, pak stačilo vyplnit poměrně stručnou objednávku:

Příklad objednávky:
... ( adresa )
100 kusů hřídele setrvačky č. 82 pro náramkové hodinky PRIM, typ strojku 011

Autor textu: Tomáš Faktor

Použité prameny:
1, VAJSAR, Jaroslav: Technologie náramkových hodinek Prim vyráběných v Novém Městě nad Metují v letech 1954 – 1986, Nové Město nad Metují, 2005
2, HOVORKA, Libor: Hodinky Prim 1954 – 1994, Technické muzeum v Brně, 2014
3, CHRONOTECHNA: Náhradní díly, N.P. Šternberk – závod 02 Nové Město nad Metují
4, LEINVEBER, Jan; ŘASA, Jaroslav; VÁVRA, Pavel: Strojnické tabulky, Scientia 1998
5, Vebové stránky společnosti STRAUSAK

[FTo]

Čepy hřídele setrvačky

Hřídel byla podrobena zjednodušenému pevnostnímu výpočtu, jehož cílem bylo zjistit nejslabší místo na součásti, které obvykle vede k lomu a tím porušení. Při zadávání okrajových podmínek byl uvažován stav - pád hodinek na boční stranu pouzdra, který se jeví z hlediska namáhání hřídele jako nejnepříznivější. Hřídel se v tomto stavu chová jako nosník na dvou podporách namáhaný rázem na ohyb. Stanovení konkrétní hodnoty napětí a deformace nebylo předmětem, protože nejsou známy mechanické vlastnosti materiálu ani hodnota zpomalení vyvolaná rázem. Celá situace je patrná na prvním obrázku. Hřídel podepřená fialově znázorněnýni ložisky je zatěžována svislou silou na oranžově vybarvenou plochu reprezentující podélnou polohu těžiště. Při výpočtu nebylo uvažováno vyztužení hřídele nalisovaným setrvačníkem ani dvojkotoučem.



Na druhém a třetím obrázku je již patrný výsledek výpočtu, jehož tmavě modré plochy značí nulové napětí a červené maximální napětí. Škála barev mezi těmito odstíny zahrnuje napětí mezi minimem a maximem.





Z analýzy lze vyčíst, že napětí se začíná koncentrovat v trumpetkových částech čepů, konkrétněji v přechodu válcové části čepu do rádiusu. Toto je způsobeno změnou tuhosti čepu, kdy s náběhem rádiusu do dříku roste kruhový průřez čepu, který klade větší odpor a nedovolí tak potřebnou rovnoměrnou deformaci a plynulé roznesení napětí. Napětí se tím začne iniciovat v místě s nejmenší tuhostí, což je největší vzdálenost konstantního průřezu od podpory - ložiska.
Jelikož byla zatěžována jen samostatná hřídel bez nalisovaných komponent, je tuhost dána jen tuhostí hřídele a ta se chová jako celkově měkčí. Nalisujeme-li komponenty na svá místa, lokalita iniciace napětí v čepu zůstane stejná, ale jeho hodnota se zvýší.

Na třetím obrázku je patrný kuželový dřík, v provozu nesoucí dvojkoutouč, který vykazuje světlejší odstíny modré, obzvláště u přechodu do disku. Toto je způsobeno umožněním deformace samostatné hřídele a tím rostoucí hodnotou napětí. Nalisovaný a o disk opřený dvojkotouč však vyztuží kuželový dřík, čímž vzroste tuhost již v poměrně tuhém místě hřídele, ale přitíží místu nejslabšímu. Konstruktéři se této skutečnosti snažili bránit různými způsoby:
Na dalším obrázku jsou schematicky znázorněny tři konce čepů tří různých hřídelí používaných ve strojcích z Eltonu.

- Čep a, je použit u kalibru 50 s hodnotou poloměru r, délkou čepu l a průměrem d – jedná se o hřídel z předchozího příspěvku a zatěžovaný v Pro Mechanice výše.

- U čepu b, se přešlo ke zvětšení jak průměru čepu, tak jeho rádiusu, který má pozvolnější náběh. Změny dosáhla i délka čepu. Bohužel o jaký kalibr se jedná se mi nepodařilo zjistit, ale odhaduji to na pozdější verze kal. 50, 52, 55 či 57, protože kopie výkresů jsou značeny ještě NH-82. ( 82 je katalogové číslo hřídele setrvačky z těchto strojků)

- Pozvolné napojení čepu na dřík u varianty c, je z konstrukčního hlediska nejčistší, protože umožňuje co nejplynulejší přechod mezi průměry. Bohužel ani toto řešení se v praxi neukázalo jako dostatečné, protože i tyto čepy praskaly. Varianta se používala např. u strojku s tlumičem nárazů ELAST-BLOK.



Na závěr bych si dovolil drobnou úvahu a zajímavost patrnou na hřídeli. Tou je obrovský nepoměr velikostí průměrů a s tím spojené využití materiálu. Standartní kruhové tyče jsou vyráběné válcováním a ocelárna deklaruje mechanické vlastnosti materiálu ( Rm, Re, A, KC ) na povrchu polotovaru a do určité hloubky pod povrch s tím, že směrem ke středu dochází k jejich rapidnímu poklesu. Nižší mechanické vlastnosti materiálu blíže ke středu polotovaru jsou dány sníženou možností rozbít licí strukturu a zhutnit středová vlákna válcováním, byť následuje tepelné zpracování. Hřídel setrvačky je nejvíce namáhána v místě, kde se na polotovaru teoreticky vyskytuje nejměkčí materiál, kdežto na svém největším průměru, kde materiál dosahuje maximálních hodnot je nevyužit. Jedná se však pouze o úvahu, protože co platí u ocelí s tloušťkou nad cca 70 až 80 mm, nemusí platit u tyče o průměru 1,3 mm.

[FTo]

Předmětem tohoto příspěvku je ještě jednou hřídel setrvačky, tentokrát z pohledu makrofotografie.

Na prvním snímku je hřídel z kalibru 51 ( vývojově z roku 1958 ), lépe znamého pod názvem ELAST-BLOK. Na papíře znázorněná stupnice v hodnotách 0 až 5 mm slouží jako pomocné vodítko k odhadu velikosti. Fotografie jsou pouze ořezány a zvětšeny bez úprav počítačového doostření, čímž je patrná jistá neostrost součásti.



Na druhém snímku je tatáž hřídel vlevo současně znázorněná s hřídelí z kalibru 66 vpravo. Za povšimnutí stojí nejen rozdílná velikost a tvar čepů, ale i jakost jejich povrchů daná rolírováním a jakost povrchu zbytku součásti daná soustružením. Součásti mají rozdílné i partie tvarem připomínající disk, které slouží k opření dvojkotouče a setrvačníku při lisování. Dalším, pro hledače rozdílů, zajímavým prvkem u hřídele z kalibru ELAST-BLOK může být kužel, na který se lisuje setrvačník a jádro vlásku. Strojky s mimostřednou vteřinovou ručkou a tímto tlumičem nárazů se vyráběly ve dvou provedeních značení: nejprve TYP 016 a posléze 51. Jednotlivé rozdíly mezi typy by byly dohledatelné snad už jen v konstrukční dokumentaci strojků, ale z knihy pana Hovorky: Hodinky Prim 1954 – 1994 je na straně 37 řez setrvačkou s kompletním uložením v tlumiči jehož schéma je převzaté z TYPu 016. V tomto schematu je kuželová plocha ještě rozdělena do dvou samostatných kuželů – jeden pro setrvačník a druhý pro jádro vlásku, kdežto hřídel z druhé generace (51) má plochu již sjednocenu.



Za zapůjčení hřídelí k nafocení děkuji majiteli webu.

[FTo]

Setrvačník - varianta vyvažovaná šroubky
Autor: Tomáš Faktor

Stručný popis
Setrvačník je ocelová součást tvaru disku, která je za svůj vnitřní průměr nalisována na hřídel setrvačky. Úlohou setrvačníku je nést rovnoměrně rozloženou hmotu kolem osy rotace, která za pohybu slouží jako závaží působící proti odporu pružiny tvaru archimédovy spirály – vlásku. V textu je rozvíjena pouze varianta dvouramenného setrvačníku vyvažovaného šroubky o ø 9,7 mm a tloušťce 0,83 mm, používaná v prvních kalibrech zn. PRIM.

Nevývaha
Rovnoměrné rozprostření hmoty ( sjednocení osy těžiště setrvačníku s osou rotace ) – v tomto případě základního materiálu setrvačníku a dodatečných závaží - je nezbytné pro rovnoměrné zatížení v uložení setrvačky a tím i její plynulý chod. Při nerovnoměrném rozložení hmot vzniká nevývaha – síla o určitém působišti, směru a velikosti – která se působením z věnce setrvačníku projeví v nejslabším místě soustavy – čepech hřídele setrvačky. Jedná se o síly působící pouze za chodu mechanismu a nedosahujících tak velikých hodnot, jako například při pádu hodinek na zem, ale nebezpečných z hlediska únavové pevnosti. Na prvním obrázku je znázorněn setrvačník v poloze hodinek zadní stranou nahoru a v něm barevně dva možné případy nevývahy způsobené deformací věnce setrvačníku.



Červenou barvou vpravo je znázorněn případ nevývahy, kdy je věnec deformován v radiálním směru vně. Posunem hmoty tímto směrem dochází i k posunu těžiště setrvačníku ležící na svislé ose ( nová poloha červeně ) od osy rotace a vzniku zatěžování čepů hřídele radiální silou Fr. Jedná se o případ statické nevyváženosti.
Zelenou barvou vlevo je znázorněn případ nevývahy, kdy je věnec deformován v axiálním směru dolů, čímž dochází k odklonu osy, na které leží těžiště, od osy rotace setrvačníku. Zeleně znázorněná síla násobená ramenem vyložení nevývahy ( x ) vyvolává ohybový moment zatěžující čepy hřídele setrvačky. Jedná se o případ dynamické nevyváženosti. Oba případy nevyváženosti, vyskytující-li se jednotlivě či paralelně, namáhají čepy hřídele setrvačky na ohyb a je evidentní, že s rostoucí nevývahou roste i zatěžování čepů a přispívá ke snižování životnosti hřídele. Zabránění vzniku nevývahy bylo cílem nejen od prvních výrobních operací samotného setrvačníku, ale i při montáži aplikací dodatečných závaží – šroubků a podložek.

Výroba
Byla rozdělena do šesti základních kroků: soustružení, lisování, středění, vrtání, závitování a povrchová úprava, přičemž nedílnou součástí procesu byly opět další mezikroky nezbytné pro vstup dílu do následující výrobní operace.

Soustružení
Kompletní soustružení součásti probíhalo na dlouhotočném automatickém soustruhu TORNOS R-16, který svou produktivitou práce umožňoval obrábění ještě dalších součástí strojku NH.


Soustruh R-16 na obrázku staženém z internetu.

Obvod, čelo a přilehlé sražení hran bylo obrobeno dvěma diamantovými noži, což umožnilo nejen snížení drsnosti povrchu a tím zvýšení atraktivity pohledových částí, ale i zvýšení přesnosti výroby redukcí nevývahy. Plochy jsou na výkrese značené značkou drsnosti s hodnotou 0,025 a na součásti patrné při pohledu hodinářskou lupou. Otvor o průměru 0,52 mm byl v konečné fázi zahlazen a zkalibrován čtyřbokým hladícím trnem dle tolerance uvedené na výkrese.

Poznámka:
1. Autor pramenu 1, uvádí, že hodnota házivosti vnějšího průměru věnce oproti vnitřnímu otvoru byla dosahována 0,01mm. Z této poznámky usuzuji, že při zahajování výroby byly vysoustruženy vzorové součásti, na nich změřeny házivosti a poté se hodnota udržitelná v sériové výrobě dostala na výkres. Házivost byla tedy limitována možnostmi soustruhu a podmínkami výroby.
2. V použitých pramenech 1, jsou zobrazeny výkresy soustružení pouze novějších verzí setrvačníků ( 3-ramenný bez šroubků ) a tento dvouramenný chybí. Výkres je tedy překreslen ve znění setrvačníků novějších a odlišné rozměry odměřeny ze skutečné součásti. Je tedy možné, že se výkres v některých místech liší.



Lisování
Další výrobní fází bylo vykrojení materiálu tvaru dvou půlměsíců ze dna setrvačníku a vytvoření tak dvou ramének nesoucích věnec. Operace byla komplikovaná z důvodu jak eliminace vzniku otřepů na okrajovaných hranách, tak zabránění deformace setrvačníku. Při lisování hrozilo rozhození radiálních házivostí věnce na vnějším a vnitřním průměru daných soustružením, a zprohýbání dna setrvačníku – po vykrojení již jen dvou ramének. Vykrojení probíhalo na lise s tonáží 1,2 t vyráběném Chronotechnou a v pozdější době, v rámci bezpečnosti práce, rozšířeném o 2-polohový karuselový stůl. Stůl byl otočný kolem svislé osy a vybavený dvěma, proti sobě umístěnými, lisovacími nástroji na které se vkládaly setrvačníky. V první poloze – mimo pracovní prostor lisu - obsluha ručně vložila vysoustružený setrvačník na pracovní nástroj a následným pootočením stolu do pracovního prostoru lisu a jeho aretací došlo k vykrojení materiálu. Druhý, naproti umístěný nástroj se tímto natočil k obsluze a ta mohla vyjmout předchozí vylisovaný setrvačník a vložit nový. Polohováním stolu s následným dvojručním spouštěním lisu bylo dosaženo poloutomatické výroby a bylo zabráněno úrazům způsobeným celodenní stereotipní činností.

Pro zajímavost ještě stojí uvést panem Vajsarem zmíněnou poznámku o bezpečnosti práce při lisování. Z textu pramenu 1, je patrné, že tehdejší normy zakazovaly vkládat a vyjímat součásti přímo z pracovního prostoru lisu ručně, protože by mohlo dojít k úrazu. Podnik se snažil situaci řešit vkládáním součástí pomocí příložek, přičemž ale docházelo k poškrábání a poškození povrchu setrvačníku a proces byl z hlediska velkosériové výroby poměrně zdlouhavý. Čistě ruční vkládání a vyjímání se tedy ukázalo jako nejekonomičtější. Prvním východiskem ze situace byla ruční aplikace součásti a dvojruční spouštění lisu. Druhým a konečným řešením pak rozšíření lisu o výše zmíněný polohovací stůl.



Zhotovení závitů ve věnci setrvačníku
Aby bylo možné setrvačku ve fázi montáže vyvážit a následně implementovat do strojku, byl setrvačník vybaven 14-ti otvory se závity M 0,4 , do kterých byly šroubovány šroubky, některé opatřené podložkou. Zhotovení závitů probíhalo ve třech krocích na třech strojích a vyžadovalo jistou zapracovanost a cit obsluhy.

a, středění – čili zahloubení 14-ti kuželových důlků do věnce setrvačníku probíhalo na stolní vrtačce UMF 420, jejíž součástí byl přípravek s dělícím kotoučem pro upnutí součásti. Důlek sloužil k přesnému navedení vrtáku do místa řezu. Protože byl vytvořen nástrojem o větším průměru a tedy i tuhosti než vrták, bylo snazší zajistit správnou polohu otvoru. Dalším přínosem důlku je sražení hrany závitu. Přípravek s dělícím kotoučem je zařízení, které se používá pro rozdělení obvodu součásti na libovolné úhly – většinou otočením páky přípravku dojde k jednoznačnému pootočení součásti o nastavený úhel. Problematika středění je patrná z výkresu, řez značen symbolem a. Černé trojúhelníky znázorňují aretaci součásti při obrábění.

b, vrtání otvorů volně otočného setrvačníku probíhalo na druhé vrtačce nástrojem zvaným spirec. ( U tohoto nástroje si nejsem jistý, jestli se jedná o atypický vrták s velmi krátkou řezací hlavou nalezený Googlem, anebo jiný, takto označovaný eltonským žargonem ) Vrtání značeno symbolem b.

c, závitování probíhalo na malém stolním závitořezu SCHAUBLIN SV22T švýcarské produkce. Závitování značeno symbolem c, a zobrazuje pozdější velikost závitu M 0,4 , které nahradily počáteční M 0,35.



Povrchová úprava
Byla řešena galvanickým pokovováním v lázni nanášením vrstvy niklu metodou: anoda – elektrolyt / katoda – součást. K zachování stálosti povrchu součástí strojku ( nebyly v přímém kontaktu s agresivním prostředím, jako například pouzdro ) postačila ochraná vrstva cca do 2 μm. Samotnému procesu pokovování předcházela celá řada horkých a studených oplachů v různých chemických roztocích. Niklování probíhalo po dobu 2 až 3 minuty při teplotě 40 až 50°C následované opět oplachy a zakončené sušením v sušičce. Proces niklování byl definován podnikovou normou čítající 16 úkonů.

Zařazení položky do katalogu ND
Setrvačník samotný, jak je vidět na spodních obrázcích, se v katalogu náhradních dílů nevyskytoval. Je uveden pouze jako součást sestavy SETRVAČKA ÚPLNÁ pod pozicí 830, anebo podsestava SETRVAČNÍK SE ŠROUBY s pozicí 830/I.


Setrvačník v poloze: Hodinky zadní stranou nahoru


Setrvačník v poloze: Hodinky číselníkem nahoru

Použité prameny:
1, VAJSAR, Jaroslav: Technologie náramkových hodinek Prim vyráběných v Novém Městě nad Metují v letech 1954 – 1986, Nové Město nad Metují, 2005
2, CHRONOTECHNA: Náhradní díly, N.P. Šternberk – závod 02 Nové Město nad Metují

[FTo]

Setrvačníky používané ve strojcích Prim v letech 1954 - 1994

Setrvačníky vyráběné v Novém Městě nad Metují prošly od počátku výroby vývojem, jehož cílem bylo zjednodušení konstrukce, zvýšení její tuhosti (tedy i redukce nevývahy), zlevnění výroby a zvýšení produktivity práce.
Eltonské setrvačníky by se nechaly rozdělit do dvou základních typů na dvouramenný a tříramenný, přičemž dvouramenný se vyráběl jak ve verzi vyvažované šroubky, tak bez šroubků - s hladkým věncem. Verze vyvažované šroubky se od sebe liší nejen počtem vyvažovacích šroubků, který se postupem času redukoval, ale i způsobem montáže, kterým se setrvačníky fixují na hřídel setrvačky. Tříramenné se liší velikostí, což je dáno za prvé zástavbou v použitém kalibru a za druhé frekvencí setrvačky. Na všech setrvačnících byly používány dva typy povrchové úpravy, buď niklování anebo zlacení. Následuje chronologický přehled setrvačníků od prvních verzí, odvozených z francouzského kalibru LIP R25, až po setrvačníky používané v posledních strojcích z let devadesátých.


2-ramenný setrvačník s 18ti šroubky:

První setrvačník používaný ve strojcích měl dvě raménka a byl vyvažován 18ti mosaznými šroubky. Vnější rozměry věnce: ø 9,7mm, výška 0,83mm, povrchová úprava niklováním.



Setrvačník byl na hřídel setrvačky fixován nýtováním – v ose patrný otvor je o větším průměru než u pozdějších verzí. Zajímavé jsou průběžné stopy po obrábění patrné na čele setrvačníku ze strany číselníku (poloha na obr. vpravo). Pozdější verze byly v této partii soustružené, tudíž jsou viditelné kruhové nerovnosti dané touto technologií směřující od povrchu materiálu ke středu součásti. Tento setrvačník má konturu drsnosti danou spíše plošným broušením či frézováním. Odhaduji, že po vysoustružení byla do technologického procesu zařazena jedna z těchto výrobních operací s cílem snížit nerovnosti ve svislém směru. Při velkém zvětšení snímku je u některých šroubků patrný válcový výstupek materiálu na hlavě v ose šroubu. Toto je dáno oddělením součásti od polotovaru ještě před dokončením obrábění – v tomto případě soustružení. Na jiných hlavách je pro změnu patrný otvor po vrtání – důvod tohoto kroku se mi nepodařilo dohledat, ale mohl sloužit k odstranění výše zmíněného výstupku. Příklad použití tohoto setrvačníku je např. v pramenu [2] na str. 22, obr. 7 v prototypu hodinek Spartak.


2-ramenný setrvačník se 16ti šroubky:

V druhé vývojové fázi byl zredukován počet šroubků na 16 (zjednodušení a zlevnění výroby), zmenšen vnitřní průměr pro uchycení na hřídel, čímž se mění i způsob montáže na lisování, a odstraněna operace broušení (frézování) – čelní strana vykazuje pouze stopy soustružení. Rozměry věnce, povrchová úprava a způsob vyvažování zůstavají identické.



Příklad zabudování do strojku TYP 011



2-ramenný setrvačník se 14ti šroubky:

Ve třetí vývojové fázi je počet šroubků opět redukován na konečný počet 14 kusů a dalo by se tvrdit, že v této podobě se setrvačník ve strojcích vyskytuje nejčastěji. Rozměry věnce, povrchová úprava a způsob vyvažování zůstavají opět identické. Jako pomoc při vyvažování se používaly podložky z kovové folie vkládané pod hlavu šroubu, které jsou zároveň označovány za nejmenší součást NH. Tloušťky podložek byly odstupňované od 0,01 do 0,05 mm.



Příklad zabudování ve strojku: TYP 0101


Použití všech tří variant ve strojcích: (Převzato z pramenu [1], [4], [5])

kal.25: Bez označení, K25
kal.50: TYP 010, TYP 0101, TYP 011, TYP 0111, TYP 016, 50, 50.1, 51, 0-51
kal.52: TYP 012, TYP 0121, 52, 52.1
kal.55: TYP 013, TYP 014, TYP 0141, TYP 0142, TYP 0143, 55
kal.57: TYP 015, TYP 0151, TYP 0152, TYP 0153, 57

Poznámka: Určit s přesností, ve kterém typu strojku byla která varianta „šroubového“ setrvačníku, by znamenalo snad už jen projít konstrukční kusovníky výrobce. Věřím, že při servisních zásazích byly jednotlivé typy prohazovány a proto i zde uvedené snímky strojků je třeba brát s rezervou. Zajímavá je i ilustrace v katalogu náhradních dílů ke strojkům kal. 50 a 52 – setrvačka úplná je zde znázorněna ve verzi se 14-ti šroubky, setrvačník samostatný pak s 18-ti (obrázky jsou vedle sebe).


2-ramenný setrvačník bez šroubků:

Čtvrtou, a poslední vývojovou fází dvouramenného setrvačníku, byla varianta bez vyvažovacích šroubků, u které dochází k podstatnému zjednodušení a zlevnění výroby. Konstrukce má zvětšený průměr věnce na 10,5 mm, výška zůstává 0,83 mm. Raménka jsou doplněna kruhovým osazením v místě nalisování na hřídel. Povrchová úprava se mění na zlacení. Vyvažování je provedeno odvrtáním materiálu věnce ze strany číselníku. Setrvačník této koncepce s povrchovou úpravou niklování se mi podařilo nalézt pouze v pramenu [2] na str. 45, obr. 32. Zde se však jedná o ověřovací sérii hodinek.



Použití ve strojcích: (Převzato z pramenu [4]) Setrvačník se používal ve strojcích se značením na základně: 66 a 68. Strojky se značením 66.1, 68.1 a vyšší, vyráběné od jara 1967, již byly osazeny tříramennou variantou.

Příklad zabudování ve strojku: 66



3-ramenný setrvačník pro kmitočet 18 000 kyvů/hod.:

Přibližně od poloviny 60. let se dostává do výroby zcela nová verze setrvačníku se třemi raménky. Konstrukce nabízí vyšší radiální i axiální tuhost věnce a tudíž i vyšší stabilitu při rázech, případně neodborných hodinářských zákrocích. Vnější rozměry věnce jsou identické s předchozím: ø 10,5 mm, výška 0,83 mm. Povrchová úprava zlacením nebo niklováním. Vyvažování je provedeno pomocí podélného zafrézování do věnce ze strany číselníku.



Použití ve strojcích: (Převzato z pramenu [1], [4], [5])

kal.50: 50, 50.1
kal.52: 52, 52.1
kal.66: 66.1, 66.3, 66.4
kal.68: 68.1, 68.3, 68.4

Pozn. k použití: kal. 50,52 (od poloviny 60. let do ukončení výroby v roce 1971) a kal. 66, 68 až do ukončení výroby v roce 1994. (Převzato z pramenu [4])

Příklad zabudování zlaceného setrvačníku ve strojku: 50


Příklad zabudování niklovaného setrvačníku ve strojku: 50.1



3-ramenný setrvačník pro kmitočet 21 600 kyvů/hod.: (Dámské hodinky)

Počátkem 70. let se dostává do výroby tříramenný setrvačník o ø 7,3 mm a výšce 0,52 mm určený pro strojek dámských hodinek. Povrchová úprava zlacením, vyvažování prováděno pomocí odvrtání věnce ze strany číselníku.



Příklad zabudování setrvačníku ve strojku: E80


Použití ve strojcích:
kal.80: E80


3-ramenný setrvačník pro kmitočet 21 600 kyvů/hod.:

Pro nové strojky pracující na frekvenci 3 Hz byl koncem 70. let vyvinut a vyzkoušen nový tříramenný setrvačník, u kterého navýšením kmitočtu o 0,5 Hz byly zmenšeny maximální rozměry věnce na ø 10 mm a výšku 0,6 mm. Povrchová úprava provedena opět zlacením. Vyvažování provedeno podélným zafrézováním do věnce ze strany číselníku.



Použití ve strojcích: (Převzato z pramenu [4], [5])

kal.90
kal.91
kal.96: 96 1000, 96 0
kal.97: 97 1000
kal.64: 64
kal.69: 69

Po detailnějším prostudování všech verzí setrvačníků je patrný po celou dobu dodržovaný způsob výroby základního tvaru, tedy soustružení a lisování. Zdobné sražení hran a obvodu věnce diamantovým nástrojem je na snímcích viditelné znatelným leskem daných partií, přičemž zbytek povrchu jeví známky vyšší drsnosti, tedy i použítí nástrojů pravděpodobně z rychlořezných ocelí. Způsoby vyvažování uvedené u monometalických setrvačníků jsou vyčtené z mě dostupných kusů a je možné, že jejich metody byly četnější.

Příklad zabudování setrvačníku ve strojku: 96 1000



Orientační srovnání velikostí tříramenných setrvačníků:

Vlevo vespod 2,5 Hz, vlevo nahoře 3 Hz, vpravo 3 Hz (dámské hodinky)


Poděkování:

Za poskytnutí samostatných setrvačníků a podstatných informací děkuji Liboru Hovorkovi.

Použité prameny:

1. JUNG, Stanislav: Kalibry Prim včetně subverzí do roku 1995, verze 10.01
2. HOVORKA, Libor: Hodinky Prim 1954 – 1994, Technické muzeum v Brně, 2014
3. VAJSAR, Jaroslav: Technologie náramkových hodinek Prim vyráběných v Novém Městě nad Metují v letech 1954 – 1986, Nové Město nad Metují, 2005
4. Emailová komunikace Hovorka L., Faktor T.
5. Vlastní sbírka kalibrů Prim

[FTo]

Špalík vlásku

Stručný popis

Jedná se o součást válcového tvaru sloužící k uchycení vnějšího konce vlásku a jeho fixaci k můstku setrvačky. Vlásek je ke špalíku uchycen za příčný kruhový otvor ø 0,2 mm, jímž prochází, a pojištěn do otvoru současně natlačeným kolíčkem. Špalík je zasunutý do otvoru v můstku setrvačky, čelem s rádiusem ze strany můstků, a za svou válcovou plochu fixován šroubem


Detail upevnění vlásku do špalíku


Detail uložení a pojištění špalíku v můstku setrvačky

Výroba

Probíhala na typově identickém soustruhu jako výroba hřídele setrvačky (TORNOS M4) a skládala se ze tří operací: soustružení, frézování a vrtání. Možnost zhotovit na soustruhu poslední dvě operace znamenalo jeho doplnění o přídavné vybavení. Za prvé to byla aretace vřeteníku proti otáčení a za druhé umístění frézovacích aparátů na saně nožů. Polotovarem byl mosazný drát o ø 1 mm. V prvním kroku byl zmenšen vnější průměr na 0,6 mm. Následnou aretací vřeteníku nastředěn příčný otvor přísuvem saní s frézovacím aparátem. Pootočením vřeteníku o 90° vrtán příčný otvor o ø 0,2 mm spircem umístěným na dalších saních. Kombinací posuvů saní s kotoučovou frézou a posuvu vřeteníku zhotoveno sražení 0,3 x 55°. Posledním krokem bylo najetí tvarového upichovacího nože, který provedl rádiusové zakončení čela a následné oddělení součásti. Automatizací výroby se dařilo produkovat přibližně 3,5 ks/minutu. Špalík zůstal bez dalších povrchových úprav, díky čemuž je dobře patrný ve střbrném můstku setrvačky.





Použité prameny:
1, VAJSAR, Jaroslav: Technologie náramkových hodinek Prim vyráběných v Novém Městě nad Metují v letech 1954 – 1986, Nové Město nad Metují, 2005

[FTo]

Jádro vlásku

Stručný popis

Jádro vlásku je válcová součást sloužící k uchycení vnitřního konce vlásku a jeho fixaci k hřídeli setrvačky. Vlásek je k jádru připevněn pomocí příčné obdélníkové drážky šířky 0,04 mm, v níž je zajištěn lepidlem (pravděpodobně granulované od fy. KIF PARECHOC). Pro snazší montáž a demontáž podsestavy vlásku na hřídel setrvačky je jádro podélně rozříznuto. Jádro na hřídeli drží pomocí pružného předepnutí materiálu vyvolaného lisováním jádra s menším otvorem na hřídel s větším průměrem. Poměrně velké sražení čela ze strany číselníku slouží k usnadění demontáže z hřídele.


Jádro vlásku: vlevo pohled ze strany můstků, vpravo ze strany číselníku

Výroba

Ke kompletnímu obrobení jádra byl využíván automatický soustruh TORNOS M7, opět rozšířený o frézovací aparáty. Polotovarem pro výrobu byla mosazná tyč o ø 1,2 mm - neobrobený vnější průměr je ve výkrese značen vlnovkou nad příslušnou plochou v místě řezu. Opracování jádra na tomto typu soustruhu se mírně lišilo ve využítí strojních časů. Po vysoustružení rotačních ploch byla součást oddělena od polotovaru a přesunuta k frézovacím aparátům, které vytvořily rozříznutí jádra a kolmo orientovanou drážku pro vlásek. Paralelně s frézováním byl pod nožový suport přiveden a obráběn další materiál. Tímto časovým překryvem došlo k poměrně vysokému počtu vyrobených kusů – 17,25 ks/min.


Výrobní výkres jádra vlásku


TORNOS M7 (obrázek stažen z internetu)


TORNOS M7 – záběr na suporty, do nichž se upevňují obráběcí nože. 5 suportů / nožů byl nejobvyklejší počet u Eltonem používaných automatů, výjimečně měly některé stroje 6 nožů. Z tohoto plyne i jisté omezení technologie výroby – obrobení součástí muselo být voleno tak, aby bylo zaručeno kompletní vysoustružení s maximálním využitím 5ti (6ti) nožů. Frézovací aparáty nejsou znázorněny. (obrázek stažen z internetu).

Montáž jádra a vlásku

Samotná montáž vlásku na jádro v publikaci pana Vajsara popsána není, ale z popisu kompletace skupiny setrvačky lze vyčíst alespoň následující: Před montáží kompletní setrvačky na můstek byly prováděny předmontáže jednotlivých podskupin, do kterých spadala i montáž jádra a vlásku – prozatím bez špalíku. U strojků pracujících na kmitočtu 3 Hz (kal.: 90, 91, 96, 97, 64, 69) byla změněna konstrukce uchycení vnějšího konce vlásku ze „zašpalíkované“ na lepenou – vlásek byl ke špalíku nově lepen pomocí drážky ve špalíku. Tento krok byl prováděn pomocí speciálního přístroje na lepení vlásků od firmy KIF PARECHOC v úvodu zmíněným granulovaným lepidlem. Je tedy pravděpodobné, že tento přístroj byl využíván i v předmontáži na zalepení vlásku do jádra. Při bližším pohledu na obrázek níže vlevo je patrné bezbarvé lepidlo vyplňující prostor drážky pro vlásek. Opět je dobré si uvědomit skutečné rozměry jádra, drážky a vlásku. Poté je potřeba užití speciálního zařízení na lepení, schopného udržet takt velkosériové výroby, více než oprávněná a pravděpodobná. Montáž jádra s vláskem na hřídel setrvačky probíhala bez špalíku. Ten byl přidáván až v dalších krocích. Vlásek je jednou z komponent, které byly jako nakupované díly dováženy ze zahraničí.


Vlásek úplný pro kal. 66, 68: vlevo pohled ze strany můstků, vpravo ze strany číselníku. Fixace vlásku se špalíkem pomocí mosazného kolíku.

Na závěr se hodí uvést, že i způsob upevnění vlásku na jádro se vyvíjel. Příčné drážce, uváděné v tomto textu, předcházela například drážka obvodová, zhotovená na vnějším průměru součásti zhruba v polovině délky. Vnitřní konec vlásku byl fixován v ní. Toto řešení je možné vidět u setrvačky se setrvačníkem vyvažovaným šroubky – viz obrázek níže. Za povšimnutí stojí absence sražení vnější obvodové hrany čela jádra.



Zařazení položek do katalogu ND

Z důvodu servisních oprav bylo možné komponenty vlásku objednat v následující podobě. (pozice platí pro kalibry: 50, 52, 55 a 57. U kalibrů 66 a 68 se pozice liší, systém objednání náhradních dílů zůstává)

Poz. 611 - Vlásek úplný / odpočítaný (obsahuje: jádro vlásku, vlásek, špalík vlásku, kolík špalíku)
Poz. 215 – Špalík vlásku
Poz. 219 – Kolík špalíku

Poslední možností bylo objednat položky v rámci setrvačky úplné.

Použité prameny:

1, VAJSAR, Jaroslav: Technologie náramkových hodinek Prim vyráběných v Novém Městě nad Metují v letech 1954 – 1986, Nové Město nad Metují, 2005
2, CHRONOTECHNA: Náhradní díly, N.P. Šternberk – závod 02 Nové Město nad Metují
3, CHRONOTECHNA N.P.: Cal 66, Cal 68, Závod Nově Město nad Metují
4, Vlastní sbírka kalibrů Prim

[FTo]

Test