Tempo di bilanciamento: guardiamo la ruota dell'equilibrio

Nella nostra storia dell'ultimo numero sulla bilancia - letteralmente il cuore pulsante dell'orologio meccanico - potrebbe sembrare che questo componente faccia tutto il lavoro pesante, per quanto riguarda il back-office del cronometraggio. Come ogni orologiaio ti dirà però - e anche un buon numero di amministratori delegati del marchio di orologi - non ha senso parlare di una nuova bilancia se non si rivolge anche al bilanciere, e in effetti alla leva che spinge il sistema. In questa storia, vedremo principalmente il bilanciere stesso, con alcune incursioni nella storia e nei meccanismi di scappamento a leva, distensione e leva svizzera. Per quanto riguarda la leva o la forca per pallet, dovrà attendere un altro problema.

Iniziamo questa storia in cui è finita l'ultima, con la nota che le ruote dell'equilibrio e le molle devono funzionare insieme. Il modo migliore per capirlo è pensare al rapporto tra l'orologio da polso meccanico e l'orologio a pendolo. Proprio come il pendolo è l'organo di regolazione dell'orologio, l'equilibrio e la molla dell'equilibrio svolgono la stessa funzione nell'orologio da polso. Ciò significa che l'equilibrio e la molla dell'equilibrio devono approssimare gli effetti della gravità. Il nostro protagonista di ritorno per questa introduzione non è altro che il fisico olandese Christiaan Huygens. Ricorderete che Huygens è stato il pioniere della molla dell'equilibrio (perfezionandola nel 1675) e del pendolo (del suddetto orologio).

Calibro Patek Philippe 240 Q SI

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Curiosamente, la ruota del bilanciere sembra esistere prima del tempo di Huygens - Huygens stesso ha progettato la sua ruota del bilanciere e il suo sistema a molla in stile scappatoia. In effetti, Huygens e altri pionieri stavano cercando il componente giusto per creare l'oscillazione armonica, e quel pezzo mancante era la molla dell'equilibrio. Quindi il resto dello scappamento al limite - il sistema a leva svizzero sarebbe emerso solo in seguito - esisteva prima del 1675.

L'oscillazione armonica, come proprietà fisica, fu esplorata per prima da Galileo Galilei mentre sondava la funzione dei pendoli nella prima parte del 17 ° secolo. Fu Galileo a scoprire l'isocronismo come qualcosa di intrinseco al dondolio dei pendoli. Fondamentalmente, il periodo di oscillazione di un dato pendolo è relativamente coerente, indipendentemente dalle dimensioni dell'oscillazione. Con questo, si potrebbe ottenere un cronometrista stabile perché finché il pendolo continua a oscillare, l'orologio continua a scandire alla stessa velocità. Ovviamente, un orologio che ticchettava a velocità diverse a seconda dell'oscillazione del pendolo sarebbe poco utile.

Galileo Galilei

Il pendolo ottiene questa proprietà isocrona dalla gravità, il che significa che gli orologi dotati di pendoli dovevano essere il più stabili possibile; il movimento interrompe l'oscillazione di un pendolo, introducendo variazioni indesiderabili. Huygens ha completato il progetto dell'orologio a pendolo inizialmente messo in moto da Galileo. Prima dell'avvento dell'orologio a pendolo, gli orologi meccanici utilizzavano un altro componente per simulare l'isocronismo: il foliot. Basandosi su forze inerziali, questa era una barra orizzontale (con pesi alle due estremità) ruotata esattamente nel mezzo. Il movimento di oscillazione risultante, guidato dall'energia cinetica di una molla a spirale, ha fornito la frequenza di cronometraggio.

Tagliando direttamente agli attuali gruppi meccanici di bilanciamento, il bilanciere ruota all'incirca una volta e mezza in una direzione, il che costituisce un'oscillazione. Questo è di circa 270 ° su ciascun lato della posizione di equilibrio centrale della ruota del bilanciere. Un ciclo completo è due di queste altalene, il che significa due battiti. La rigidità della molla di bilanciamento e il momento di inerzia della ruota sono elementi chiave nell'equazione che determina quanti secondi ci vogliono per completare un ciclo.

Tornando al soggetto della ruota del bilanciere e del foliot, non è chiaro quando la ruota del bilanciere abbia sostituito completamente il foliot. È certo che l'introduzione del pendolo e della molla di bilanciamento mettono in grave risalto le carenze dello scappamento al limite. Molti scappamenti diversi hanno gareggiato per sostituirlo, inclusi gli scappamenti del fermo e del cilindro. Alla fine, fu sia lo scappamento dell'ancora che lo scappamento a leva che alla fine suggellarono il destino dello scappamento ai margini un tempo dominante.

Dove si inserisce il bilanciere in questa storia? Bene, una descrizione completa è fornita nella sezione sugli scappamenti a leva (Leva) e il breve tl; dr sopra, ma prenditi un momento per leggere il segmento On the Verge perché imposta la scena. La ruota dell'equilibrio sembra essere la forma migliore per lavorare a fianco della spirale tradizionale o della molla dell'equilibrio.

Nella sua forma attuale, le ruote di bilanciamento hanno una varietà di aspetti, che possono essere suddivisi in due forme principali: liscia e non liscia. Sì, il non liscio non è particolarmente eloquente, ma se si deve avere un termine dal suono più tecnico, allora sarà una massa regolabile. Scegliamo di usare non liscio perché includerà i bilancieri avvitati, di per sé una descrizione non particolarmente affascinante. La versione non liscia della ruota del bilanciere è tradizionale, con piccole viti sul bordo della ruota. Questo non deve essere confuso con il Gyromax di Patek Philippe, il Microstella di Rolex e una varietà di opzioni di Swatch Group (principalmente Omega) che sembrano includere viti sul cerchione o all'interno del cerchione.

Ruota dell'equilibrio di Ulysse Nardin

In linea di principio, i sistemi non lisci utilizzano i pesi per regolare l'inerzia del bilanciere: la misura in cui le viti sono fissate nella bilancia determina ciò nelle versioni con bilanciere avvitate. Nel sistema tradizionale, l'equilibrio sarebbe regolato a mano dagli orologiai in un processo noto come bilanciamento dell'equilibrio o bilanciamento dell'equilibrio; per i più recenti modelli di bilanciamento della varietà a massa regolabile, questi sono tipici in bilico al computer una volta che le spirali sono state attaccate.

Anche il bilanciere liscio è in fabbrica, con i computer ora coinvolti anche in questo processo. Il bilanciere liscio tende ad essere della varietà Glucydur (vedere la sezione Glucydur) mentre i nuovi bilanci possono essere realizzati in silicone, con pesi in altri materiali. Esempi di bilancieri selvaggiamente inventivi includono esperimenti di DeBethune, Ulysse Nardin e Patek Philippe.

SUL PUNTO

Lo sviluppo tecnico più importante nell'orologeria, lo sviluppo dello scappamento ai margini nel 13 ° secolo ha permesso la realizzazione di orologi completamente meccanici. Ecco come David Glasgow descrisse il funzionamento dello scappamento ai margini nel suo libro Watch and Clock Making del 1885 (la descrizione qui è stata parafrasata e modificata, ove necessario).

L'orologio della cattedrale di Salisbury mostra come appariva il primo orologio da verge, per gentile concessione di Wikipedia

Lo scappamento al limite consiste in una ruota a forma di corona, con denti sporgenti a forma di dente di sega; il suo asse è orientato orizzontalmente. Un'asta verticale, il bordo, è posizionata davanti alla corona dentata, con due piastre metalliche (pallet) che impegnano i denti ai lati opposti della corona dentata. I pallet sono orientati con un angolo tra loro, quindi solo uno prende i denti alla volta. All'estremità dell'asta del bordo è montata una bilancia o un pendolo.

Sembra che la ruota del bilanciere esistesse prima del tempo di Huygens - Huygens stesso progettò la ruota del bilanciere e il sistema a molla in stile scappatoia

Mentre gli ingranaggi forniscono l'energia di una molla a spirale che si svolge alla corona dentata, uno dei denti della corona dentata spinge su un pallet, ruotando il bordo in una direzione. Allo stesso tempo, questa azione ruota il secondo pallet nel percorso dei denti sul lato opposto della ruota, fino a quando il dente non supera il primo pallet. Quindi un dente sul lato opposto della ruota contatta il secondo pallet, ruotando il bordo indietro nell'altra direzione e il ciclo si ripete.

Quindi, ciò che è iniziato come la rotazione non regolata della corona dentata si trasforma nell'oscillazione del bordo. Questo mette in movimento il pendolo o l'equilibrio / foliot. Ogni oscillazione della bilancia / foliot o pendolo consente quindi il passaggio di un dente della ruota di fuga, rendendo così regolare il movimento dell'orologio. Il treno di ruote dell'orologio avanza di un importo fisso, spostando le lancette in avanti a un ritmo costante.

Il secondo orologio a pendolo sul bordo costruito da Christiaan Huygens, per gentile concessione di Wikipedia

La corona dentata deve avere un numero dispari di denti affinché lo scappamento funzioni. Con un numero pari, due denti contrapposti entreranno in contatto con i pallet contemporaneamente, bloccando lo scappamento.

Con l'avvento del pendolo, lo scappamento dell'ancora fornisce un'azione più naturale per gli orologi e così ha iniziato a sostituire lo scappamento di bordo.

LEVA

Sviluppato da Thomas Mudge, lo scappamento a leva è, letteralmente, lo scappamento dell'orologio meccanico meccanico contemporaneo. Ancora una volta, siamo in debito con il libro di Glasgow per informazioni, insieme alla scuola di orologeria di TimeZone. La breve descrizione di come funziona tutto di seguito è stata derivata da quelle fonti (principalmente quelle sezioni di Walt Odets).

Nello scappamento a leva standard, noto anche come scappamento a leva svizzero, la ruota di scappamento e la forca per pallet svolgono un ruolo fondamentale (nessun gioco di parole previsto). La ruota di scappamento è orientata sul treno delle ruote, offrendo un impulso alla forcella del pallet. Ricevendo questo impulso, la forca per pallet lo consegna all'albero del bilanciere, ruotando così il bilanciere. La molla di bilanciamento riporta la ruota del bilanciere nella sua posizione centrale statica, inviando un impulso attraverso l'albero alla forcella del pallet, che quindi interagisce nuovamente con la ruota di fuga.

Bilanciere e molla a spirale del TAG Heuer Autavia Isograph

Forca per pallet e scappamento del calibro Patek Philippe 240 Q SI

Ciò che era energia non regolata dalla molla principale viene quindi consegnato al bilanciere. Il bilanciere restituisce potenza regolata al treno di ruote, che successivamente avanza di un importo fisso e sposta le lancette del tempo di un importo fisso.

Ogni movimento avanti e indietro del bilanciere da e verso la sua posizione centrale corrisponde al movimento della ruota di fuga di un dente (chiamato battito). Un tipico scappamento della leva dell'orologio batte a 18.000 o più battiti all'ora, a volte chiamati anche vibrazioni all'ora. Ogni battuta dà alla ruota del bilanciere un impulso, quindi ci sono due impulsi per ciclo (uguale allo scappamento di bordo). Nonostante sia bloccata a riposo per la maggior parte del tempo, la ruota di fuga gira in genere a una media di almeno 10 giri / min.

L'origine del suono "tick tock" è causata da questo meccanismo di scappamento. Mentre la ruota dell'equilibrio oscilla avanti e indietro, si sente il ticchettio.

GLUCYDUR E MATERIALI ALTERNATIVI

Mentre la bilancia al glucosio sembra dominare, con la sua lega di berillio, rame e ferro, esistono altri tipi di bilancieri. Scansionando i cataloghi delle aste, l'alternativa più tipica è il bilanciere in lega oro-rame. Funzionalmente, entrambi i tipi di bilanci eseguono lo stesso trucco, ma sono necessari alcuni dettagli aggiuntivi per capire cosa sta succedendo qui.

Il problema centrale è la variazione di temperatura perché le proprietà di massa della molla di bilanciamento cambieranno man mano che si espandono o si contraggono.Ovviamente, ciò influenzerà la frequenza di cronometraggio perché influenzerà le oscillazioni del bilanciere. In effetti, anche il bilanciere è soggetto a variazioni termiche. Entrambe le leghe oro-rame e glucosio hanno eccellenti coefficienti di dilatazione lineare, tra +14 e +17 x 10-6 / ° K, e quindi questi materiali continuano a trovare il favore oggi con le aziende di orologi. Tuttavia, nulla è perfetto e quando queste leghe si espandono, lo scappamento non sarà più isocrono.

Il tentativo più recente di affrontare questo problema è stato l'oscillatore Zenith Defy, che è anche l'innovazione di scappamento più radicale dai tempi di Huygens. In realtà combina la forca per pallet, la ruota di bilanciamento e la spirale in una struttura di silicio. Un materiale non metallico, il silicio viene trattato in modo diverso per gestire le variazioni termiche, ad esempio utilizzando tipicamente un ossido di silicio. Nel caso di questo sistema Zenith, non è così semplice come tutti gli elementi dello scappamento sono in un unico pezzo.

Analizzeremo più in profondità questo sistema, insieme all'oscillatore Genequand (Parmigiani Fleurier), l'Ulysse Nardin Anchor Escapement e Girard-Perreguax Constant Force Escapement nei nostri problemi nel 2020.

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