Искусство и эволюция штопора: от древнего инструмента к современной инженерии

Исторический контекст

Открытие вина штопором удивительно сложно. Пробка полностью уходит в горлышко бутылки, делая прямое захватывание невозможным. Для извлечения требуется сила 25–100 фунтов (110–450 Н), зависящая от влажности пробки и того, хранялась бутылка вертикально или горизонтально.

Штопор решает задачу, сочетая рукоятку с спиралеобразным лезвием, обычно называемым «червём». Вкручивая червь в центр пробки, инструмент создаёт внутренний захват. Тяга рукоятки вытягивает и пробку, и червя. Современные конструкции часто включают рычаги, пружины, шестерёнки или второстепенные винты для уменьшения усилитя.

История

Пробки герметизировали сосуды в древнегреческих и римских временах. Ранние заглушки выступали над горлышком, позволяя легко извлекать их рукой. После падения Рима пробки вышли из употребления примерно на тысячелетие.

В конце XVI века Англия вернула пробки, которые были коническими и достаточно выступали для захвата. Переход от бочек и шкур к дутым стеклянным бутылкам — с коротким телом и коническим горлышком — ещё больше упростил извлечение пробки.

Между أواخر XVII и XVIII веками возникли две параллельные инновации. Стеклодувы начали массово производить единообразные бутылки в формах, позволяя делать высокие узкие бутылки с прямыми боками и цилиндрическими горлышками. Их можно было класть на боку для транспортировки, стимулируя международную винную торговлю. Более плотная герметичность требовала цилиндрических пробок, сжимаемых перед вставкой, что затрудняло извлечение.

Одновременно эволюционировал штопор. Его предком был «пушечный червь» — длиннорукоятный инструмент с спиралеобразным наконечником для извлечения застрявших зарядов. Ранний документированный штопор датируется 1681 годом; термин «corkscrew» вошёл в обиход в 1720 году. Ранние версии делали из бронзы, железа, позже стали — с большей прочностью и острейшим наконечником.

В начале 1700-х карманные штопоры набрали популярность. Защитный чехол — металлический или деревянный — прикрывал червя и карман пользователя. Некоторые модели включали Т-образную рукоятку, вставляя чехол в петлю на кончике червя. К концу XVIII века штопоры стали изысканными, из серебра, золота, ценных пород дерева, слоновой кости, даже с драгоценными камнями. Мультитулы сочетали штопоры с тампонами для табака, терками для мускатного ореха и складными ножами. Миниатюрные штопоры делали для маленьких флаконов с парфюмерами и лекарствами, так как пробка оставалась предпочтительной пробкой до появления металлических колпачков в 1890 году.

Первый патент в Англии получен реверандом Самуэлем Хеншоллом в 1795 году. Его дизайн имел Т-образную рукоятку со стальным червя, перпендикулярно выходящим из костяного или деревянного сердечника. Плоский диск (или кнопка) на валу предотвращал перекручивание и обеспечивал плотный контакт с пробкой, облегчая извлечение.

В 1802 году британский инженер Эдвард Томасон запатентовал более сложный механический штопор. Колоколообразный цилиндр обрамлял червь, позиционируя его вертикально над центром пробки. После полного ввертывания дальнейшее вращение рукоятки извлекало пробку. Пользователь мог затем реверсировать рукоятку для чистого выталкивания пробки, защищая пальцы от щепок.

Конец XIX века принес волну инноваций с рычагами, шестерёнками, пружинами и второстепенными винтами. В столетие после патента Хеншолла в Англии выдали более 350 патентов на штопоры и около 250 в США. Американский изобретатель У. Роквелл Клау в 1876 году запатентовал однопроволочный штопор, позже добавив деревянный чехол и открывашку для колпачков. Его компания произвела оцениваемое в миллиард дешёвых штопоров, многие с брендированными чехлами.

Британский мастер Томас Трулав ввёл метод ковки в конце 1800-х, используя канавчатый ман드рин и ручную вращательную ковку для формирования горячих стальных стержней в точные спиралеобразные черви.

В 1978 году техасский инженер Герберт Аллен запатентовал Screwpull — устройство, устанавливаемое на горлышко бутылки. Пользователь просто нажимает рычаг вниз для ввертывания червя, затем тянет вверх для извлечения пробки с минимальным усилием.

Сырьё

Сталь остаётся предпочтительным материалом для червя, наиболее популярны нержавеющая сталь 440C и закаленная низкоуглеродистая сталь. Рычаги и шестерёнки могут быть из стали или литого цинкового сплава. Рукоятки изготавливают из широкого спектра материалов: от обычных и экзотических пород дерева до кости, пластика и различных металлов.

Конструкция

Черви делятся на две основные категории:

• Винтовой тип (Auger): Напоминает деревянный саморез, имеет острые резьбы, вырезанные в стержне. Когда резьбы достаточно глубоко проходят через центр стержня, червь может стать полым. Производители утверждают, что острые резьбы облегчают проникновение, но критики считают, что они могут разрезать центр пробки, особенно старых, мягких пробок.
• Тип с заокруглёнными краями: Производятся намоткой нагретого стержня вокруг формы. Кончик заточен для лёгкого входа. Некоторые производители помещают кончик внутрь полого ядра червя для наведения. Однако остальной вал может не идеально следовать траектории кончика, потенциально повреждая центр пробки. Многие производители добавляют неглубокие канавки на наружной поверхности для улучшения сцепления.

Черви с заокруглёнными краями обычно имеют 3–5 витков спирали длиной около 2,5 дюйма (6 см). Открытый шаг — более широкий интервал между витками — наносит меньше повреждений, чем плотный шаг. Внешний диаметр червя обычно 0,3–0,4 дюйма (0,8–1 см).

Производственный процесс

Формирование спирали

• 1. Открытый червь куют нагревом стального стержня для размягчения, затем формируют в спираль. Например, нержавеющая сталь 440C нагревают до 1500 °F (650 °C) на 30 минут, затем до 2100 °F (1000 °C) на пять минут.
• 2. Нагретой стержень наматывают на вращающийся цилиндрический мандрин. Канавчатый мандрин направляет стержень в равномерную спираль с нужным углом и шагом.
• 3. Сразу после намотки червь закаляют повторным нагревом до 1500 °F (650 °C) и медленным охлаждением. Варианты из мягкой стали закаляют путём опускания горячей спирали в воду комнатной температуры.

Формирование винтового червя

• 4. Винтовой червь получают вырезанием резьбы на коническом стальном стержне. На токарном станке режущая головка движется параллельно стержню с постоянной скоростью, создавая резьбу с нужным углом и шагом.

Финишная обработка червя

• 5. И спиралевидный, и винтовой черви имеют прямой вал, выходящий за пределы намотанного участка. Этот вал готовят по заказу заказчика — с резьбой, сплющивают, делают паз или сверлят — в зависимости от требований крепления к рукоятке или механизму.
• 6. Для защиты от коррозию червь обычно хромируют или никелируют. Неприлипное покрытие типа Тефлон или Silverstone может наноситься для скольжения через пробку.

Сборка штопора

• 7. Червь можно крепить к различным типам рукояток. В простой Т-конфигурации плоский или квадратный вал червя вставляют в предсверленное отверстие в рукоятке и фиксируют двухкомпонентным эпоксидным клеем, либо пробивают шплинт через червь и рукоятку для жёсткой связи.

Будущее

К концу XX века многие винодельни перешли на синтетические пробки, которые тверже натуральных. Стандартные длины червей могут не справляться с этими материалами. Добавление дополнительного витка для удлиннения червя может смягчить проблему, но дальнейшие адаптации понадобятся по мере эволюции технологии синтетических пробок.