الزنبرك الرئيسي

النابض الرئيسي عبارة عن نابض لولبي مصنوع من شريط معدني - عادةً من الفولاذ الزنبركي - يُستخدم كمصدر طاقة في الساعات الميكانيكية ، وبعض الساعات ، وغيرها من آليات الساعات . يؤدي تدوير مقبض أو مفتاح إلى تخزين الطاقة في النابض الرئيسي عن طريق زيادة شد اللولب. ثم تقوم قوة النابض الرئيسي بتدوير عجلات الساعة أثناء فكه، حتى الحاجة إلى التدوير التالي. تشير صفات "الزنبركية " و "التي تعمل بالزنبرك" إلى الآليات التي تعمل بالزنبرك الرئيسي، والتي تشمل أيضًا مؤقتات المطبخ ، والمترونومات ، وصناديق الموسيقى ، والألعاب التي تعمل بالزنبرك، وأجهزة الراديو التي تعمل بالزنبرك .

ظهرت النوابض الرئيسية في أولى الساعات التي تعمل بالنابض في أوروبا في القرن الخامس عشر . وقد حل النابض الرئيسي محل الثقل المعلق بحبل ملفوف حول بكرة، والذي كان مصدر الطاقة المستخدم في جميع الساعات الميكانيكية السابقة . ^{[ 1 ]}

نابض الساعة الرئيسي الحديث عبارة عن شريط طويل من الفولاذ المقوى والمزرق، أو سبيكة فولاذية متخصصة،  يتراوح طوله بين 20 و30 سم  وسمكه بين 0.05 و0.2 مم. يُصمم نابض الساعة الرئيسي في الحركة اليومية الشائعة لتمكينها من العمل لمدة تتراوح بين 36 و40 ساعة، أي 24 ساعة بين كل تعبئة يومية، مع احتياطي طاقة يتراوح بين 12 و16 ساعة، في حال تأخر صاحب الساعة في تعبئتها. هذا هو المعيار المعتاد للساعات اليدوية والذاتية التعبئة . أما حركات الساعات ذات الثمانية أيام، المستخدمة في الساعات المصممة للتعبئة الأسبوعية، فتُوفر الطاقة لمدة 192 ساعة على الأقل، ولكنها تستخدم نوابض رئيسية أطول وبراميل أكبر . نابض الساعة الرئيسي مشابه لنابض الساعة، ولكنه أكبر حجماً.

منذ عام 1945، حلت سبائك خاصة أحدث (الحديد والنيكل والكروم مع إضافة الكوبالت أو الموليبدينوم أو البريليوم) محل سبائك الفولاذ الكربوني بشكل متزايد ، وكذلك سبائك مدرفلة على البارد ( للتصليد الهيكلي ) . تُعرف هذه السبائك لدى صانعي الساعات باسم نوابض "المعدن الأبيض" (مقارنةً بالفولاذ الكربوني المُزرق)، وهي مقاومة للصدأ ولها حد مرونة أعلى . كما أنها أقل عرضة للانحناء الدائم ( التلف ) ويكاد ينعدم خطر كسرها. بعضها غير مغناطيسي عمليًا . تشمل السبائك الخاصة SPRON من إنتاج سيكو و Nivarox من إنتاج مجموعة سواتش . ^{[ 2 ] [ 3 ]}

في حالتها الطبيعية، تُصنع النوابض الرئيسية بثلاثة أشكال مميزة:

• ملفوفة حلزونياً : يتم لفها في نفس الاتجاه على طولها، بشكل حلزوني بسيط.
• شبه عكسي : يتم لف الطرف الخارجي للزنبرك في الاتجاه المعاكس لأقل من دورة واحدة (أقل من 360 درجة).
• عكسي (مرن): يتم لف الطرف الخارجي للزنبرك في الاتجاه المعاكس لدورة واحدة أو أكثر (تتجاوز 360 درجة).

توفر الأنواع شبه العكسية والعكسية قوة إضافية في نهاية فترة التشغيل، عندما يكون الزنبرك قد استنفد طاقته تقريبًا، وذلك للحفاظ على تشغيل الساعة بمعدل ثابت حتى النهاية.

يُلفّ النابض الرئيسي حول محور يُسمى المحور، حيث يُعلق طرفه الداخلي به. في العديد من الساعات، يُثبت الطرف الخارجي بعمود ثابت. يُلفّ النابض بتدوير المحور، وبعد اللف، تُدير قوته المحور في الاتجاه المعاكس لتشغيل الساعة. من عيوب هذا التصميم المفتوح للنابض أنه أثناء لفّ النابض الرئيسي، تُفصل قوة الدفع عن حركة الساعة، مما قد يؤدي إلى توقفها. يُستخدم هذا النوع غالبًا في ساعات المنبه ، وصناديق الموسيقى ، ومؤقتات المطبخ، حيث لا يُشكل توقف الآلية أثناء اللف مشكلة. تحتوي آلية اللف دائمًا على ترس مُسنن ، مزود بآلية نقر (يُطلق عليها صانعو الساعات اسم " النقرة ") لمنع النابض من الانفكاك.

في الشكل المستخدم في الساعات الحديثة، والذي يُسمى " البرميل الدوار" ، يُلفّ النابض الرئيسي حول محور ويُحاط بصندوق أسطواني يُسمى البرميل، وهو صندوق حر الدوران. يُثبّت النابض بالمحور من طرفه الداخلي، وبالبرميل من طرفه الخارجي. وتكون هذه التثبيتات عبارة عن خطافات أو ألسنة صغيرة، يُعلّق بها النابض من خلال ثقوب مربعة في طرفيه، مما يُسهّل استبداله.

يُلفّ النابض الرئيسي بتدوير المحور، ولكنه يُحرّك آلية الساعة بواسطة البرميل؛ يسمح هذا التصميم للنابض بمواصلة تزويد الساعة بالطاقة أثناء لفه. يؤدي لفّ الساعة إلى تدوير المحور، مما يُشدّ النابض الرئيسي، فيُلفّ بإحكام حول المحور. يحتوي المحور على آلية تروس ، مع صوت طقطقة لمنع النابض من تدوير المحور للخلف وفكّه. بعد اللف، يصبح المحور ثابتًا، ويسحب النابض الرئيسي البرميل، الذي يحتوي على حلقة من أسنان التروس. يتعشّق هذا البرميل مع أحد تروس الساعة، عادةً ترس العجلة المركزية ، ويُحرّك مجموعة التروس . يدور البرميل عادةً مرة كل 8 ساعات، لذا يتطلب النابض الشائع الذي يدوم 40 ساعة 5 لفات لفكّه بالكامل.

ظهرت النوابض الرئيسية في أولى الساعات التي تعمل بالنابض، في أوروبا خلال القرن الخامس عشر. وقد حلت محل الثقل المعلق بحبل ملفوف حول بكرة، والذي كان مصدر الطاقة المستخدم في جميع الساعات الميكانيكية السابقة. وحوالي عام 1400، بدأ استخدام النوابض الحلزونية في الأقفال، ^{[ 1 ]} وكان العديد من صانعي الساعات الأوائل يعملون أيضًا في صناعة الأقفال. ^{[ 4 ]} تم استخدام النوابض في الساعات لجعلها أصغر حجمًا وأكثر قابلية للحمل من الساعات السابقة التي تعمل بالأثقال، وتطورت إلى أولى ساعات الجيب بحلول عام 1600. تُنسب العديد من المصادر خطأً اختراع النابض الرئيسي إلى صانع الساعات من نورمبرغ بيتر هينلين (يُكتب أيضًا هينلي أو هيلي) حوالي عام 1511. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} ومع ذلك، هناك العديد من الإشارات في مصادر القرن الخامس عشر إلى ساعات محمولة "بدون أثقال"، ومثالين باقيين على الأقل، مما يدل على أن الساعات التي تعمل بالنابض كانت موجودة في السنوات الأولى من ذلك القرن. ^{[ 1 ] [ 8 ] [ 9 ]} أقدم ساعة باقية تعمل بنابض رئيسي هي ساعة بورغونديرور (ساعة بورغندي)، وهي ساعة حجرة مزخرفة ومذهبة، موجودة حاليًا في المتحف الوطني الجرماني في نورمبرغ، وتشير أيقوناتها إلى أنها صُنعت حوالي عام 1430 لفيليب الطيب، دوق بورغندي . ^{[ 1 ]}

صُنعت النوابض الرئيسية الأولى من الفولاذ دون عمليات تلطيف أو تقوية . لم تكن تعمل لفترة طويلة، وكان لا بد من تعبئتها مرتين يوميًا. اشتهر هينلين بصناعة ساعات تعمل لمدة 40 ساعة بين كل تعبئة. وقد وصف بيرثود ^{[ 10 ]} وبلاكي ^{[ 11 ] طرق صناعة النوابض الرئيسية في القرن الثامن عشر.}

قوة ثابتة من نابض

منحنى عزم الدوران للنابض الرئيسي. تتناقص القوة (عزم الدوران) التي يوفرها خطيًا مع انفكاكه.

منحنيات عزم الدوران للزنبركات الرئيسية في البراميل المتحركة (1879). يوفر الجزء المركزي الأكثر تسطحًا قوة أكثر ثباتًا خلال فترة التشغيل، مما يسمح لحركة الساعة بالحفاظ على دقة أفضل في الوقت.

لطالما شكلت قوة عزم الدوران التي يوفرها الزنبرك مشكلةً عبر تاريخ الساعات التي تعمل بالزنبرك ، إذ تتضاءل هذه القوة مع انفكاك الزنبرك (انظر الرسم البياني). ومع ذلك، يجب أن تعمل الساعات بمعدل ثابت للحفاظ على دقة الوقت. لا تكون آليات ضبط الوقت متزامنة تمامًا ، أي أن معدل عملها يتأثر بتغيرات قوة الدفع. وقد كان هذا صحيحًا بشكل خاص في النوع البدائي ذي الزنبرك المتوازن ( الزنبرك ذو الحافة والزنبرك ذو العقدة) المستخدم قبل ظهور زنبرك التوازن عام ١٦٥٧. ونتيجةً لذلك، كانت الساعات القديمة تتباطأ أثناء عملها مع انفكاك الزنبرك الرئيسي، مما تسبب في عدم دقة ضبط الوقت.

ظهر حلان لهذه المشكلة في الساعات التي تعمل بنابض في أوائل القرن الخامس عشر؛ وهما ساعة ستاكبيرد وساعة فيوزي :

ستاكفريد

كانت آلية الستاكفريد عبارة عن كامة لا مركزية مثبتة على محور النابض الرئيسي، مزودة بأسطوانة زنبركية تضغط عليها. اتخذت الكامة شكلاً حلزونياً، بحيث في بداية فترة التشغيل، عندما يكون النابض الرئيسي دافعاً بقوة، يضغط الزنبرك على الجزء العريض من الكامة، مما يوفر قوة معاكسة كبيرة. أما في المراحل اللاحقة من فترة التشغيل، ومع انخفاض قوة النابض الرئيسي، يضغط الزنبرك على الجزء الأضيق من الكامة، فتنخفض القوة المعاكسة أيضاً. أضافت آلية الستاكفريد احتكاكاً كبيراً، وربما قللت من مدة تشغيل الساعة بشكل ملحوظ؛ وقد استُخدمت فقط في بعض الساعات الألمانية، وتم التخلي عنها بعد حوالي قرن من الزمان.

فيوزي

كانت آلية التدوير المخروطية ابتكارًا ذا عمر أطول بكثير. وهي عبارة عن بكرة مخروطية الشكل تُدار بواسطة سلسلة ملفوفة حول أسطوانة الزنبرك الرئيسي. ويُغير شكلها المنحني باستمرار الميزة الميكانيكية للوصلة لتوزيع قوة الزنبرك الرئيسي بالتساوي أثناء دورانه. أصبحت آليات التدوير المخروطية الطريقة القياسية للحصول على عزم دوران ثابت من الزنبرك الرئيسي. وقد استُخدمت في معظم الساعات التي تعمل بالزنبرك منذ ظهورها الأول وحتى القرن التاسع عشر عندما حلت محلها آلية التدوير المتحرك، وفي الساعات البحرية حتى سبعينيات القرن العشرين.

أعمال الإيقاف

من بين الأجهزة المبكرة الأخرى التي ساعدت في موازنة قوة الزنبرك، آلية الإيقاف أو محددات اللف ، التي تمنع لف الزنبرك الرئيسي بالكامل، وتمنعه ​​من الانفكاك بالكامل. وتقوم الفكرة على استخدام الجزء المركزي فقط من منحنى عزم الزنبرك، حيث تكون قوته أكثر ثباتًا. وكان الشكل الأكثر شيوعًا هو محدد جنيف أو "الصليب المالطي". ولا حاجة لآلية الإيقاف في الساعات الحديثة.

ريمونتوار

كان جهاز الريمونتوار رابع الأجهزة المستخدمة في بعض الساعات الدقيقة . وهو عبارة عن نابض ثانوي صغير أو ثقل يُشغّل آلية ميزان الساعة ، ويُعاد لفه دوريًا بواسطة النابض الرئيسي. هذا يعزل عنصر ضبط الوقت عن قوة النابض الرئيسي المتغيرة.

الساعة تدق برميل

الذهاب إلى البرميل

تُنتج آلية البرميل الحديثة ، التي اخترعها جان أنطوان ليبين عام 1760 ، قوة ثابتة ببساطة عن طريق استخدام نابض رئيسي أطول من اللازم، ولفّه تحت ضغط داخل البرميل. أثناء التشغيل، تُستخدم بضع لفات فقط من النابض في كل مرة، بينما يُضغط الجزء المتبقي على الجدار الخارجي للبرميل. رياضيًا، يُنشئ هذا الضغط جزءًا "مسطحًا" في منحنى عزم النابض (انظر الرسم البياني)، ويُستخدم هذا الجزء المسطح فقط. بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما يُعطى الطرف الخارجي للنابض منحنى عكسيًا، بحيث يكون على شكل حرف "S". يُخزّن هذا مزيدًا من الضغط في اللفات الخارجية للنابض، حيث يكون متاحًا قرب نهاية فترة التشغيل. والنتيجة هي أن البرميل يُوفر عزمًا ثابتًا تقريبًا طوال فترة تشغيل الساعة المُصممة؛ ولا ينخفض ​​العزم إلا عندما يكاد النابض الرئيسي أن ينفد.

إن التوتر المدمج للزنبرك في البرميل الدوار يجعل تفكيكه أمراً خطيراً حتى عندما لا يكون مشدوداً.

نظرًا لتعرضها لدورات إجهاد مستمرة ، كانت النوابض الرئيسية، حتى ستينيات القرن الماضي، تنكسر عادةً بسبب إجهاد المعدن قبل أجزاء الساعة الأخرى بفترة طويلة. وكانت تُعتبر قطعًا استهلاكية. ^{[ 12 ]} غالبًا ما كان هذا يحدث في نهاية عملية التعبئة، عندما يُلف النابض بإحكام حول المحور، دون وجود أي فراغ بين اللفات. عند التعبئة اليدوية، من السهل الوصول إلى هذه النقطة بشكل غير متوقع والضغط بشكل مفرط على النابض. سبب آخر هو تغيرات درجة الحرارة. إذا تم تعبئة الساعة بالكامل في المساء وانخفضت درجة الحرارة ليلًا، فبدون أي ارتخاء بين اللفات، قد يؤدي الانكماش الحراري للنابض الطويل إلى انفصاله عن مثبتاته من أحد طرفيه. في الماضي، لاحظ مُصلحو الساعات أن تغيرات الطقس كانت تُسبب انتشارًا واسعًا للساعات ذات النوابض الرئيسية المكسورة. كانت النوابض الرئيسية المكسورة السبب الرئيسي لإصلاح الساعات حتى ستينيات القرن الماضي. ^{[ 13 ]} منذ ذلك الحين، جعلت التحسينات في علم معادن النوابض المذكورة أعلاه من النوابض الرئيسية المكسورة أمرًا نادرًا.

كثيراً ما تُلاحظ الساعات متوقفةً مع وجود زنبركها الرئيسي مشدوداً بالكامل، مما أدى إلى انتشار خرافة مفادها أن شد زنبرك الساعة بالكامل يُتلفها. ^{[ 16 ]} قد تُسبب عدة مشاكل هذا النوع من الأعطال، لكنه لا يعود أبداً إلى "الشد الزائد"، إذ صُممت الساعات لتتحمل الشد الكامل. ^{[ 16 ]}

أحد أسباب "التعبئة الزائدة" هو تراكم الأوساخ. تتطلب حركات الساعات تنظيفًا وتزييتًا منتظمين، والنتيجة الطبيعية لإهمال تنظيف الساعة هي توقفها عند التعبئة الكاملة. مع تراكم الأوساخ وجفاف الزيت، يزداد الاحتكاك، فلا يمتلك النابض الرئيسي القوة الكافية لتدوير الساعة في نهاية فترة تشغيلها الطبيعية، فتتوقف قبل الأوان. إذا استمر المالك في تعبئة الساعة واستخدامها دون صيانة، يصل الاحتكاك في النهاية إلى الجزء "المسطح" من منحنى عزم الدوران، وسرعان ما يصل إلى نقطة لا يمتلك فيها النابض الرئيسي القوة الكافية لتشغيل الساعة حتى عند التعبئة الكاملة، فتتوقف الساعة والنابض الرئيسي معبأ بالكامل. تحتاج الساعة إلى صيانة، لكن المشكلة ناتجة عن اتساخ الحركة أو عيب آخر، وليس عن "التعبئة الزائدة".

ومن الأسباب الشائعة الأخرى لتوقف الساعة عند تعبئتها بالكامل هو أنه إذا سقطت الساعة فقد ينكسر محور التوازن ولن تتمكن الساعة من العمل حتى عندما يكون الزنبرك الرئيسي معبأ بالكامل.

تستخدم الساعات ذاتية التعبئة ، التي انتشرت على نطاق واسع في خمسينيات القرن الماضي، حركات المعصم الطبيعية للحفاظ على تعبئة الزنبرك الرئيسي. يدور ثقل نصف دائري، مثبت في مركز الساعة، مع كل حركة للمعصم. وتستخدم آلية التعبئة الدوران في كلا الاتجاهين لتعبئة الزنبرك الرئيسي.

في الساعات الأوتوماتيكية، قد تستمر حركة المعصم في لفّ النابض الرئيسي حتى ينقطع. ويتم منع ذلك بواسطة آلية قابض انزلاقي . ^{[ 17 ]} بدلاً من أن يتصل الطرف الخارجي للنابض الرئيسي بالبرميل، فإنه متصل بنابض تمدد دائري يُسمى اللجام ، والذي يضغط على الجدار الداخلي للبرميل، المُسنن أو ذي الشقوق لتثبيته. أثناء اللف العادي، يثبت اللجام نفسه على البرميل عن طريق الاحتكاك، مما يسمح للنابض الرئيسي باللف. عندما يصل النابض الرئيسي إلى أقصى شد له، تكون قوة شده أقوى من قوة اللجام. يؤدي المزيد من دوران المحور إلى انزلاق اللجام على طول البرميل، مما يمنع المزيد من اللف. في مصطلحات شركات الساعات، يُشار إلى هذا غالبًا بشكل مُضلل باسم "النابض الرئيسي غير القابل للانكسار".

بعد عقود من الاستخدام، يُلاحظ أن زنبركات الساعات القديمة تتشوه قليلاً وتفقد بعضاً من قوتها، فتصبح "متهالكة" أو "مترهلة". وتُلاحظ هذه الحالة غالباً في الزنبركات الموجودة داخل البراميل. وتؤدي إلى انخفاض مدة التشغيل بين كل عملية تعبئة. أثناء الصيانة، يجب فحص الزنبرك الرئيسي للتأكد من عدم تهالكه واستبداله إذا لزم الأمر. ويقترح المعهد البريطاني لعلم الساعات هذه الاختبارات: ^{[ 18 ]}

• في برميل الزنبرك الرئيسي، عند فكه وإرخائه، يجب أن تكون معظم لفات الزنبرك السليم مضغوطة بشكل مسطح على جدار البرميل، مع لفة أو لفتين فقط تلتف حلزونيًا عبر المساحة المركزية لتتصل بالمحور. إذا كانت أكثر من لفتين مرتخيتين في المنتصف، فقد يكون الزنبرك "متعبًا"؛ أما إذا كانت أربع أو خمس لفات، فهو "متعب" بالتأكيد.
• عند إزالة الزنبرك من البرميل، إذا كان قطر الزنبرك المرتخي الموضوع على سطح مستو أقل من 2.5 ضعف قطر البرميل، فإنه يكون "متعبًا".

تحتوي بعض الساعات الفاخرة على قرص إضافي على مينائها يُشير إلى مقدار الطاقة المتبقية في النابض الرئيسي، وغالبًا ما يكون مُدرجًا بالساعات المتبقية لتشغيل الساعة. ولأن كلًا من المحور والبرميل يدوران، فإن هذه الآلية تتطلب ترسًا تفاضليًا يقيس مدى دوران المحور مقارنةً بدوران البرميل.

عادةً ما يكون الزنبرك الرئيسي عبارة عن زنبرك معدني ملفوف، ولكن هناك استثناءات:

• ساعة زنبرك العربة: خلال فترة وجيزة في تاريخ صناعة الساعات الأمريكية، لم يكن الفولاذ الزنبركي القابل لللف متاحًا في الولايات المتحدة، وقام صانعو الساعات المبتكرون ببناء ساعات تعمل بواسطة مجموعة من الزنبركات الورقية ، على غرار ما كان يستخدم تقليديًا كزنبرك تعليق للعربات.
• أنواع أخرى من النوابض يمكن تصورها وقد تم استخدامها أحيانًا في الساعات التجريبية.
• أحيانًا يجد المرء ساعة غريبة بنابض مصنوع من مادة أخرى غير المعدن، مثل المواد المرنة الاصطناعية.

• قاموس GA Berner ذو 4 لغات ، طبعة 1988، بإذن من FH، اتحاد صناعة الساعات السويسرية، بيين، سويسرا.
• موراي، مايكل ب. (2005-02-01). "كل ما تود معرفته عن زنبركات الساعات الرئيسية" . عيادة مايك للساعات . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2009-07-06 .

• قاموس اتحاد صناعة الساعات السويسرية