Рождение электрических часов
Первые электрические часы появились в конце 1830-х — начале 1840-х годов благодаря работам изобретателей Штейнгеля, Бэйна и Витстона. Подлинным новатором в этой области считается Александр Бэйн (1811–1877) из Эдинбурга, который также известен как создатель электромеханического печатающего телеграфа. В 1840 году он получил патент на электрические часы, принцип работы которых кардинально отличался от традиционных механических моделей.
Конструкция Бэйна представляла собой комбинацию механического привода (пружины) и электрического индикатора времени. Последний работал за счёт суммирования электрических импульсов, генерируемых маятником часов. Спустя несколько лет изобретатель усовершенствовал свою разработку, создав часы, где основным механизмом стал электрический контакт, активируемый движением маятника. Сам маятник приводился в движение импульсами от электромагнита, а подсчётом колебаний занимался электромагнитный счётчик, соединённый со стрелками на циферблате.
Классификация электрических часов
Все электрические часы объединяет наличие электромагнитного устройства, но в зависимости от принципа действия их можно разделить на четыре основных класса:
1) Часы с электрическим приводом — используют электромагнит для непосредственного приведения механизма в движение.
2) Часы с электрической регулировкой — периодически корректируют свои показания в соответствии с сигналами от эталонных («нормальных») часов.
3) Часы с электрической перестановкой стрелок (вторичные или симпатические) — простые индикаторы, у которых отсутствует собственный часовой механизм, а стрелки перемещаются исключительно по электрическим сигналам.
4) Часы с электрическим заводом — механические часы, у которых функция подзавода пружины или подъёма гирь автоматизирована с помощью электромагнита.
Принципы работы и известные системы
Особый интерес представляют так называемые «главные» часы, которые сочетают в себе черты первого и второго классов. По сути, это обычные маятниковые часы, но без гиревого или пружинного завода — его роль выполняет электромагнит. В зависимости от конструкции, электромагнит может непосредственно притягивать маятник (как в часах Бэна, Вира, Гиппа), сообщать ему вращательное движение (часы Тюри) или воздействовать на вспомогательную пружину или гирьку, которые, в свою очередь, приводят маятник в движение (часы Кампиша, Удэн-Детуша, Арнольда). Ключевым элементом такой системы является устройство на маятнике, которое в нужные моменты замыкает и размыкает электрическую цепь, питающую электромагнит.
Часы с электрической регулировкой получают от эталонных часов сигналы (например, каждый час), которые через электромагниты мгновенно корректируют положение их стрелок. Среди известных систем такого типа — разработки Брэгэ, Лунда, Гефнер-Альтенека, Коллина, Оснаги, Дюмон-Лепанта, Майргофера, Джонса и Ульбрихта.
Особой популярностью пользовалась система Джонса с ртутным контактом Криле. В ней замыкание цепи происходило, когда маятник эталонных часов, оснащённый специальными слюдяными лепестками, в крайних положениях открывал отверстия в сосудах с ртутью. Ртуть, перетекая, замыкала контур, и ток поступал на электромагниты всех подчинённых часов, синхронно переставляя их стрелки и часто производя подзавод.
Вторичные (симпатические) часы и их распространение
Симпатические часы — это, по сути, удалённые дисплеи, лишённые собственного точного механизма. Их стрелки напрямую связаны с якорями электромагнитов и перемещаются по сигналам, которые главные («нормальные») часы подают через определённые интервалы (например, каждую минуту). Точность таких систем полностью зависит от хода главных часов, которые обычно оснащаются высокоточными компенсационными маятниками (например, ртутными или ферроникелевыми маятниками Рифлера) для нейтрализации температурных влияний.
Питание электромагнитов могло осуществляться от батарей — как первичных (гальванических элементов), так и вторичных (аккумуляторов). Существовали также системы, где для движения стрелок использовались индукционные токи от магнитоэлектрической машины, приводимой в действие гиревым механизмом главных часов. Над созданием симпатических систем работали многие инженеры, включая Брэгэ, Гиппа, Грау, Джонса, Шпора, Кезеля, Бомейера, Меллера и Сименса, но наибольшее распространение получили системы Гиппа и Грау.
В итоге, наибольшую популярность завоевали именно вторичные часы, а следующее место по распространённости заняли «главные» часы — гибрид моделей с электрическим приводом и электрической регулировкой. Одной из самых успешных и широко используемых конструкций такого типа стали «главные» часы, разработанные швейцарским инженером Гиппом.