Сколько в истории было случаев, когда человек придумывает какое-нибудь устройство для достаточно узкой задачи, а потом выясняется, что совершается революция совсем в другой отрасли? На самом деле подобных случаев немало. Например, «Виагру» разрабатывали как средство нормализации высокого давления, а «Кока-колу» — для облегчения мигрени.

Сегодня расскажем про Генри Уоррена, который просто хотел сделать часы с электроприводом. А в результате получил устройство, синхронизирующее частоту электрической сети на 95% электростанций США. 

С чего начинался путь Генри Уоррена

Про детство и юность изобретателя известно не очень много. Он родился в Бостоне 21 мая 1872 года и сразу проявил недюжие способности к изобретательству. Например, как пишут в его биографии, в 12-летнем возрасте он придумал способ автоматизировать подачу корма для куриц во дворе, не вставая с кровати ?

В 1894 году окончил Массачусетский технологический институт по специальности в области электротехники. И знаете, что он сделал первым делом? Принялся изобретать. В 1895 году он вместе со своим другом, Джорджем К. Уипплом (впоследствии ставшим родоначальником факультета здравоохранения Гарварда), подает заявку US540008 на электрический термометр.

Суть заключалась в следующем: допустим, нужно измерять температуру на расстоянии или в труднодоступном месте. Очевидно, что для этого придется разделить измерительный зонд и устройство индикации. Уоррен с коллегой предложили использовать два материала, сопротивление которых зависит от температуры, но с разными коэффициентами — что-то вроде биметаллического термометра. Каждое из сопротивлений является плечом моста Уитстона, а стрелка термометра связана с гальванометром. Чем больше температура, тем сильнее различаются показатели сопротивления. Соответственно, гальванометр покажет большее значение. Останется только нанести правильную градуировку.

Изобретение назвали «Термофон», но оно не стало широко распространённым, хотя было установлено на водохранилище Деруэнт в Англии и даже в Капитолии.

В 1896 году Уоррен поступает на работу в Saginaw Valley Traction Co в качестве инженера, обслуживающего железнодорожные станции. Там наш герой обращает внимание на механические часы, которых было в избытке — сотни буквально на каждой из станций США. Тогда-то в голове Генри Уоррена возникает мысль: «А почему бы не попробовать создать часы с электрическим приводом?». 

В то время в США тема электричества была одной из самых обсуждаемых. Особенно после помпезного открытия Томасом Эдисоном электростанции Pearl Street на Манхэттене в 1882 году. Она, к слову, проработала только до 1895 года из-за пожара. Но ее работа показала, насколько электричество может упростить жизнь как промышленности, так и простым людям.  

В 1902 году Уоррен переходит работать инженером в Lombard Governor Co, где занимается проектированием механизмов с гидравлическими приводами. А в 1907 году Уоррен перебирается в Эшленд, штат Массачусетс, где открывает небольшую мастерскую на ферме, где теперь живет с женой. 

Там он начинает активно экспериментировать и разрабатывать самые разные устройства, чем и занимается большую часть жизни. Некоторые из них можно посмотреть в этой подборке. Например:

• Усовершенствованный электромагнитный привод для исполнительных механизмов: клапанов, контакторов и других;

• Токарный станок с гидроприводом;

• Механизм управления скоростью турбин, соединенных параллельно;

• Маслоуловитель для герметичных смазочных камер.

Всего речь идет о 134 изобретениях, большая часть которых касалась либо часовых механизмов, либо электроприводов. То есть в целом изобретатель был, мягко говоря, весьма «плодовитым». Но вернемся к нашей истории. 

В 1912 году Уоррен разрабатывает необычные маятниковые часы, питающиеся от аккумулятора. Чтобы организовать их производство, он открывает компанию Warren Clock Co.

Идея была в том, что грузом в часах выступает постоянный магнит — он периодически опускается и поднимается, коммутируя через специальную схему подачу импульсов с батареи. Тем самым обеспечивалось бы непрерывное поддержание амплитуды маятника и равномерное движение стрелки. Однако быстро выяснилось, что цинк-углеродные батареи тех лет в подобном импульсном режиме работы быстро теряли свои свойства — часы начинали врать. 

И пусть с первой версией часов у Уоренна не сложилось, но зато в процессе работы он придумал простой способ изготовления небольших шестерен (диаметром менее 3 мм) с 12-ю зубцами для часов — подробнее можно посмотреть в его патенте. Для их производства и продажи он даже создал отдельную компанию Warren Gear Works. 

При этом Генри не оставляла идея все-таки создать часы с электроприводом. А если они будут питаться не от батареек, то, очевидно, можно организовать питание от бытовой электросети. Представьте: нет нужды каждый раз заводить часы. Просто включили в розетку, и все работает. При этом электрический ток подается во все дома с одинаковой частотой. Следовательно, и все часы в стране будут синхронизированы. Однако реальность оказалась несколько другой. 

Как появились Warren Master Station Clock 

Для начала Уоррен около трех лет занимался разработкой синхронного двигателя, который бы работал от электросети 60 Гц — промышленный стандарт в США. С одной стороны, механизм должен был быть компактным и легким — не чета промышленным машинам того времени весом в сотни килограмм. С другой стороны, была нужна надежная передача вращения с электродвигателя: шестерни будут работать под нагрузкой, хоть и небольшой, за счет крутящего момента на валу.

В результате Генри Уоррен смог в 1915 году создать устройство, получившее название type A. Если кратко:

• Двигатель работает от частоты электросети 60 Гц при напряжении 110 В и мощности 2 Вт.

• Внутри располагается магнитный ротор, который вращается синхронно с вращением электрического поля со скоростью 3600 об/мин. Ротор связан с вертикальным валом, на котором расположена первая червячная передача. 

• Первая червячная передача входит в зацепление с 75-зубчатой латунной шестерней, на оси которой располагается уже вторая червячная передача.

• Вторая червячная передача приводит во вращении 48-зубчатую шестерню, которая уже вращается с частотой ровно 1 об/мин.

• Дополнительно есть система резервирования. Внутри располагается пружинный механизм и маятник. При отсутствии электричества последний перестает магнититься к якорю и начинает свободно колебаться, вращая приводные шестерни — получаются обычные механические часы.
  

По сути, Уоррен собрал коробку передач с электродвигателем. Но все это было очень компактным и надежным — благо изобретатель сам мог производить шестерни с высоким классом допуска, благодаря его фирме Warren Gear Works.   

Когда прототип был готов, Уоррен подключил его к электросети — все заработало. Однако спустя сутки, когда изобретатель обратил внимание на показания времени, то обомлел: часы отставали на 15 минут! Как такое возможно? Первая мысль — проблема в самих часах. Может быть, где-то люфт или ротор по какой-то причине занижает обороты? Но после ряда испытаний Уоррен убедился, что проблема точно не на его стороне — из сети поступает ток с частотой не 60 Гц. 

Проведя небольшое расследование, Генри Уоррен установил, что электроэнергия, подаваемая в его лабораторию, вырабатывалась на электростанции L Street в Южном Бостоне. Собственником выступала компания Boston Edison. Что нужно сделать? Правильно, позвонить на электростанцию и указать на их ошибку. 

В ответ инженеры сообщили, что этого не может быть: их приборы точны. Возник конфликт, и Уоррен в сердцах бросил трубку. Но ему перезвонил главный инженер компании Роберт Хейл и предложил встретиться, чтобы проверить его теорию. Когда все стало очевидно, озадаченный Хейл предложил собрать тестовую установку и провести испытания непосредственно на электростанции L Street, чтобы исключить любые помехи при передаче энергии на расстоянии.

Генри Уоррен принялся за работу с энтузиазмом: так появился прибор, который он назвал Warren Master Station Clock. Он основывался на синхронном двигателе type A, но имел целых три циферблата:

• Нижний циферблат — это обычные часы, приводимые в движение механикой с маятником. Корректировка должна была производиться дважды в день, в соответствии с данными, полученными из Военно-морской обсерватории. 

• Центральный циферблат — имеет две наложенные друг на друга стрелки. Одна — черная стрелка, приводимая в движение механикой, а вторая — золотая стрелка, приводится в движение синхронным двигателем. Циферблат разделен на пять секторов по одной минуте. Обе стрелки движутся со скоростью, с которой двигалась бы секундная стрелка.

• Верхний циферблат — здесь стрелка приводится в движение вторым, резервным синхронным двигателем. Просто на случай, если что-то случится с основным двигателем. 

Пользоваться ими было очень просто. Оператор должен следить, чтобы стрелки на центральном циферблате вращались синхронно друг с другом. Если же наблюдается рассогласование, то нужно изменить частоту генератора в ту или иную сторону — и добиться частоты ровно в 60 Гц. 

Демонстрация состоялась 23 октября 1916 года на электростанции L Street. Собравшиеся инженеры воочию смогли убедиться, что частота электросети плавает. Генри Уоррен вспоминает:

«После того, как часы были установлены, я объяснил операторам и инженерам, для чего они предназначены и как они могут использоваться для регулирования частоты. Я и не мечтал, что они будут использовать их. Однако всем было любопытно попробовать отрегулировать частоту с помощью моих часов»

Проблемой заинтересовались представители и других электростанций по всей стране — все они потянулись в Эшленд, чтобы купить Warren Master Station Clock для себя. Ведь неравномерность частоты тока с учетом экспоненциального роста количества потребителей в США в те годы не позволяла: а) распределять потребление электроэнергии между разными станциями, б) обеспечивать точную работу устройств вроде тех же часов. Раз есть стандарт, его нужно придерживаться.

Дошло до того, что Томас Эдисон через свою General Electric выкупил 49% акций компании Warren Clock Co и активно участвовал в распространении ее продукции среди большинства электростанций США. Всего было продано больше 400 экземпляров по цене 400 долларов за штуку (около 10 000 долларов в современных ценах).

Но кроме стандарта, электростанциями двигала еще и банальная жадность. Если часы Уоррена с электродвигателем распространятся среди миллионов человек, то благодаря их работе 24 часа в сутки энергетические компании получат дополнительный доход. Как считал сам Уоррен, при непрерывном использовании часов сотней тысяч человек, компании могли бы заработать порядка 75 000 долларов (около 1,6 миллиона долларов по сегодняшним меркам). 

Расцвет и закат эпохи часов Уоррена

В 1918 году Уоррен подает заявку на систему автоматического регулирования частоты тока (патент 1,450,620 от 1923 года), чтобы упростить задачу операторам и инженерам на электростанциях. 

В 1920 году Уоррен представил вторую версию часов с электродвигателем — type B. Хотя в ней было больше шестеренок, она была значительно дешевле Type A (150 долларов против 400 долларов) и более надежна. За следующие 10 лет появились еще Type C (для сетей постоянного тока), а также экспериментальные модели Type D и Type E, не ставшие массовыми.  

Но важно, что благодаря финансированию General Electric и распространению Warren Master Station Clock (к 1947 году речь шла о 95% всех электростанций в США), у Уоррена появилась финансовая возможность реализовать свою давнюю мечту. Чтобы часы с электроприводом стали массово появляться в домах американцев. 

И у него это получилось. В 1926 компания сменила название на Warren Telechron Co, что было более созвучно с брендом Telechron, фигурировавшим на всех часах. И к тому моменту было продано больше 20 миллионов штук (!!!), которые работали от сетей 60 Гц — синхронизированных в том числе благодаря Master Station Clock.  

Хотя появились несколько десятков фирм, которые также стали производить часы с синхронным электроприводом, Telechron опережала конкурентов и доминировала на рынке. Причина в том, что часы Уоррена отличалась не только надежностью (синхронные двигатели отлично себя зарекомендовали), но и шикарным дизайном в стиле ар-деко. Просто взгляните на некоторые модели:

Причем кроме эстетического внешнего вида, часы Telechron были еще и недорогими. Например, будильник 7H117 продавался по цене 2,95 доллара — это примерно 30 долларов по сегодняшним ценам. 

В 1943 году Генри Уоррен оставил пост генерального директора Warren Telechron Co и ушел на пенсию, продав оставшуюся долю акций General Electric. До своей смерти в 1957 году он занимался инвестициями и благотворительностью и конечно, своим любимым делом — изобретательством. Его вдова в 1957 году передала 40 акров земли Северо-Восточному университету, а в 1967 году — еще 104 акра. Сейчас здесь располагается конференц-центр Уоррена. 

Однако у часов Telechron были очевидные проблемы:

• Если нет электроэнергии, то они не будут работать. И если в Master Station Clock был дублирующий механизм, то в бытовых часах его не было. Чтобы решить проблему, во всех часах Telechron есть «индикатор» — круглое окошко посередине отметки 12 часов (его хорошо видно на фотографиях выше). При пропадании электроэнергии в окошке появляется красная точка. Когда питание восстанавливается, пользователю требуется выставить корректное время и «сбросить статус».

• Куда угодно часы не поставить — они должны быть недалеко от розетки.

• У часов есть электрический кабель, который несколько портит эстетический внешний вид. 

Во многом по этим причинам, когда в 50-х годах появилась альтернатива — часы с кварцевым генератором, популярность часов Уоррена резко пошла на спад. General Electric выделило производство в отдельное подразделение Clock and Timer Division и попыталось что-то сделать: например, снизить цену за счет замены дерева на пластик. Но ничего поделать было уже нельзя — в 1979 году был продан последний завод, а производство окончательно остановлено в 1992 году. Причем компания Electric Time Company, основанная в 1928 году одним из бывших сотрудников Warren Telechron Co, существует до сих пор, специализируясь на башенных и уличных часах. 

Та же судьба постигла и Warren Master Station Clock: с появлением более совершенных, цифровых вариантов автоматического регулирования частоты тока в электросетях, они ушли в прошлое. Последние часы Уоррена перестали использоваться в середине 50-х годов — сейчас их можно встретить только в музее.

Рекомендуем еще прочитать по теме:

• Доклад Уоррена 6 февраля 1937 года о будущем электрических часов

• Биографию изобретателя

• Книгу Джима Линца «Electrifying Time: Telechron and GE Clocks, 1925-55»

Однако же удивительно, как изначальная задумка Генри Уоррена — сделать бытовые часы с электроприводом, — привела к обнаружению массовой проблемы с частотой тока во всех электросетях США. И главное — к ее решению. 

А какие вы можете вспомнить открытия, сделанные случайно?

НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:

-15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS.