Equilibrando el tiempo: echamos nuestros ojos en la rueda de equilibrio

Abril 11, 2024

En nuestra historia, el último número sobre el resorte de equilibrio, literalmente el corazón palpitante del reloj mecánico, podría parecer que este componente hace todo el trabajo pesado, en lo que respecta al negocio de cronometraje. Sin embargo, como cualquier relojero le dirá, y también un buen número de CEO de marcas de relojes, no tiene sentido hablar de un nuevo resorte de equilibrio si no se aborda también la rueda de equilibrio, y de hecho la palanca que impulsa el sistema. En esta historia, veremos principalmente la rueda de equilibrio en sí, con algunas incursiones en la historia y el funcionamiento de los escapes de palanca de borde, distensión y suizo. En cuanto a la palanca o la horquilla de paleta, tendrá que esperar otro problema.

Comenzamos esta historia donde terminó la última, en la nota de que las ruedas de equilibrio y las espirales deben funcionar juntas. La mejor manera de entender esto es pensar en la relación entre el reloj de pulsera mecánico y el reloj de péndulo. Así como el péndulo es el órgano regulador del reloj, el equilibrio y el resorte de equilibrio realizan la misma función en el reloj de pulsera. Eso significa que el equilibrio y la primavera de equilibrio tienen que aproximarse a los efectos de la gravedad. Nuestro protagonista que regresa para esta introducción no es otro que el físico holandés Christiaan Huygens. Recordarán que Huygens fue pionero en el resorte de equilibrio (que lo perfeccionó en 1675) y el péndulo (del reloj mencionado anteriormente).

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Curiosamente, la rueda de equilibrio parece haber existido antes de la época de Huygens: el propio Huygens diseñó su rueda de equilibrio y su sistema de resorte al estilo de escape. De hecho, Huygens y otros pioneros habían estado buscando el componente correcto para crear una oscilación armónica, y esa pieza que faltaba era el resorte de equilibrio. Por lo tanto, el resto del escape, el sistema de palanca suizo solo surgiría más tarde, existía antes de 1675.

La oscilación armónica, como una propiedad física, fue explorada primero por Galileo Galilei mientras investigaba la función de los péndulos en la primera parte del siglo XVII. Fue Galileo quien descubrió el isocronismo como algo intrínseco a la oscilación de los péndulos. Básicamente, el período de oscilación de cualquier péndulo dado es relativamente constante, sin importar el tamaño de la oscilación. Con esto, uno podría obtener un cronometrador estable porque mientras el péndulo sigue balanceándose, el reloj sigue funcionando al mismo ritmo. Obviamente, un reloj que funciona a diferentes velocidades dependiendo de la oscilación del péndulo sería menos que útil.

Galileo Galilei

El péndulo obtiene esta propiedad isócrona de la gravedad, lo que significa que los relojes equipados con péndulos tenían que ser lo más estables posible; El movimiento interrumpe la oscilación de un péndulo, introduciendo variaciones indeseables. Huygens completó el proyecto de reloj de péndulo inicialmente puesto en marcha por Galileo. Antes del advenimiento del reloj de péndulo, los relojes mecánicos usaban otro componente para simular el isocronismo: el foliot. Confiando en las fuerzas de inercia, esta era una barra horizontal (con pesos en cada extremo) pivotada exactamente en el medio. El movimiento de balanceo resultante, impulsado por la energía cinética de un resorte desenrollado, proporcionó la tasa de cronometraje.

Cortando directamente a los conjuntos de equilibrio mecánico actuales, la rueda de equilibrio gira aproximadamente una vez y media en una dirección, lo que constituye un giro. Esto es aproximadamente 270 ° a cada lado de la posición de equilibrio central de la rueda de equilibrio. Un ciclo completo es dos de estos cambios, lo que significa dos latidos. La rigidez del resorte de equilibrio y el momento de inercia de la rueda son elementos clave en la ecuación que determina cuántos segundos se necesitan para completar un ciclo.

Volviendo al tema de la rueda de equilibrio y el foliot, no está claro cuándo la rueda de equilibrio reemplazó por completo al foliot. Es cierto que la introducción del péndulo y el resorte de equilibrio pusieron en relieve las deficiencias del escape del borde. Muchos escapes diferentes compitieron para reemplazarlo, incluidos los escapes de retención y cilindro. Al final, fue tanto el escape del ancla como el escape de la palanca lo que finalmente selló el destino del escape del borde una vez dominante.

¿Dónde encaja el volante en esta historia? Bueno, se proporciona una descripción completa en la sección sobre escapes de palanca (apalancamiento), así como el breve tl; dr anterior, pero tómese un momento para leer el segmento On the Verge porque prepara el escenario. La rueda de equilibrio parece ser la mejor forma de trabajar junto con la espiral tradicional o el resorte de equilibrio.

En su forma actual, las ruedas de equilibrio tienen una variedad de aspectos, que se pueden dividir en dos formas principales: lisas y no lisas. Sí, no suave no es especialmente elocuente, pero si uno debe tener un término que suene más técnico, entonces será de masa ajustable. Elegimos usar no liso porque esto incluirá ruedas de equilibrio atornilladas, que en sí no es una descripción particularmente encantadora. La versión no lisa de la rueda de equilibrio es tradicional, con pequeños tornillos en el borde de la rueda. Esto no debe confundirse con el Gyromax de Patek Philippe, la Microstella de Rolex y una variedad de opciones de Swatch Group (principalmente de Omega) que parecen incluir tornillos en el borde o en el interior del borde.

Rueda de equilibrio Ulysse Nardin

En principio, los sistemas no lisos utilizan pesas para ajustar la inercia de la rueda de equilibrio: la distancia de los tornillos a la balanza determina esto en las versiones de balanza atornilladas. En el sistema tradicional, el balance sería ajustado manualmente por los relojeros en un proceso conocido como equilibrar el equilibrio o equilibrar el equilibrio; Para los diseños de balanza más nuevos de la variedad de masa ajustable, estos son típicamente equilibrados por computadora una vez que se han conectado las espirales.

La rueda de equilibrio suave también está preparada en la fábrica, con computadoras ahora involucradas en este proceso también. La rueda de equilibrio suave tiende a ser de la variedad Glucydur (consulte la sección Glucydur), mientras que los nuevos equilibrios pueden estar hechos de silicio, con pesos en otros materiales. Los ejemplos de ruedas de equilibrio tremendamente ingeniosas incluyen experimentos de DeBethune, Ulysse Nardin y Patek Philippe.

AL BORDE

El desarrollo técnico más importante en relojería y relojería, el desarrollo del escape de borde en el siglo XIII permitió la fabricación de relojes totalmente mecánicos. Así es como David Glasgow describió el funcionamiento del escape del borde en su libro Watch and Clock Making de 1885 (la descripción aquí se ha parafraseado y editado, cuando fue necesario).

El reloj de la catedral de Salisbury muestra cómo era el primer reloj de borde, cortesía de Wikipedia

El escape del borde consiste en una rueda en forma de corona, con dientes sobresalientes en forma de diente de sierra; su eje está orientado horizontalmente. Una varilla vertical, el borde, se coloca frente a la rueda de la corona, con dos placas de metal (paletas) que engranan los dientes en los lados opuestos de la rueda de la corona. Las paletas están orientadas con un ángulo entre ellas para que solo una atrape los dientes a la vez. Se monta una rueda de equilibrio o un péndulo al final de la varilla de borde.

La rueda de equilibrio parece haber existido antes de la época de Huygens: el propio Huygens diseñó su rueda de equilibrio y su sistema de resorte al estilo de escape.

A medida que los engranajes entregan la energía de un resorte helicoidal de desenrollado a la rueda de la corona, uno de los dientes de la rueda de la corona empuja una plataforma, girando el borde en una dirección. Al mismo tiempo, esta acción gira la segunda paleta en la trayectoria de los dientes en el lado opuesto de la rueda, hasta que el diente empuja más allá de la primera paleta. Luego, un diente en el lado opuesto de la rueda entra en contacto con la segunda paleta, girando el borde hacia atrás en la otra dirección, y el ciclo se repite.

Entonces, lo que comenzó como la rotación no regulada de la corona se transforma en la oscilación del borde. Esto pone el péndulo o balance / foliot en movimiento. Cada balanceo del balance / foliot o péndulo permite que pase un diente de la rueda de escape, lo que hace que el movimiento del reloj sea regular. El tren de ruedas del reloj avanza en una cantidad fija, moviendo las manecillas hacia adelante a una velocidad constante.

El segundo reloj de péndulo de borde construido por Christiaan Huygens, cortesía de Wikipedia

La rueda de la corona debe tener un número impar de dientes para que funcione el escape. Con un número par, dos dientes opuestos se pondrán en contacto con las paletas al mismo tiempo, bloqueando el escape.

Con el advenimiento del péndulo, el escape del ancla proporciona una acción más natural para los relojes, por lo que comenzó a reemplazar el escape del borde.

APALANCAMIENTO

Desarrollado por Thomas Mudge, el escape de palanca es, literalmente, el escape del reloj mecánico contemporáneo. Una vez más, estamos en deuda con el libro de información de Glasgow, junto con la escuela de relojería de TimeZone. La breve descripción de cómo funciona todo a continuación se ha derivado de esas fuentes (principalmente esas secciones de Walt Odets).

En el escape de palanca estándar, también conocido como el escape de palanca suizo, la rueda de escape y la horquilla de paleta juegan un papel fundamental (sin juego de palabras). La rueda de escape está orientada al tren de la rueda, lo que impulsa la horquilla del palé. Al recibir este impulso, la horquilla de paleta lo entrega al eje de la rueda de equilibrio, girando así la rueda de equilibrio. El resorte de equilibrio devuelve la rueda de equilibrio a su posición central estática, enviando un impulso a través del eje a la horquilla de paleta, que luego interactúa nuevamente con la rueda de escape.

: Rueda de equilibrio y espiral del TAG Heuer Autavia Isograph

: Horquilla de paleta y escape del calibre Patek Philippe 240 Q SI

Lo que era energía no regulada del resorte principal se entrega así a la rueda de equilibrio. La rueda de equilibrio devuelve la potencia regulada al tren de ruedas, que posteriormente avanza en una cantidad fija, y mueve las manecillas del tiempo en una cantidad fija.

Cada movimiento hacia adelante y hacia atrás de la rueda de equilibrio desde y hacia su posición central corresponde al movimiento de la rueda de escape por un diente (llamado latido). Un escape de palanca de reloj típico late a 18,000 o más latidos por hora, a veces también llamado vibraciones por hora. Cada latido le da un impulso a la rueda de equilibrio, por lo que hay dos impulsos por ciclo (igual que el escape de borde). A pesar de estar bloqueada en reposo la mayor parte del tiempo, la rueda de escape gira típicamente a un promedio de 10 rpm o más.

El origen del sonido "tick tock" es causado por este mecanismo de escape. A medida que la rueda de balance se balancea hacia adelante y hacia atrás, se escucha el tictac

GLUCYDUR Y MATERIALES ALTERNATIVOS

Si bien el equilibrio de Glucydur parece dominar, con su aleación de berilio, cobre y hierro, existen otros tipos de ruedas de equilibrio. Al escanear catálogos de subastas, la alternativa más típica es el volante de aleación de oro y cobre. Funcionalmente, ambos tipos de balanzas realizan el mismo truco, pero se requieren algunos detalles adicionales para comprender lo que está sucediendo aquí.

El problema central es la variación de temperatura porque las propiedades de masa del resorte de equilibrio cambiarán a medida que se expanda o contraiga.Obviamente, esto afectará la tasa de cronometraje porque afectará las oscilaciones de la rueda de equilibrio. De hecho, la rueda de equilibrio también está sujeta a variación térmica. Tanto las aleaciones de oro-cobre como las de Glucydur tienen excelentes coeficientes de expansión lineal, entre +14 y +17 x 10-6 / ° K, y por lo tanto, estos materiales continúan siendo favorecidos hoy en día por las empresas relojeras. Sin embargo, nada es perfecto, y cuando estas aleaciones se expanden, el escape ya no será isócrono.

El intento más reciente para abordar este problema fue el Oscilador de Desafío Zenith, que también es la innovación de escape más radical desde la época de Huygens. En realidad, combina la horquilla de paleta, la rueda de equilibrio y la espiral en una estructura de silicio. Un material no metálico, el silicio se trata de manera diferente para manejar la variación térmica, típicamente usando un óxido de silicio, por ejemplo. En el caso de este sistema Zenith, no es tan sencillo como todos los elementos del escape son de una sola pieza.

Examinaremos más a fondo este sistema, junto con el oscilador Genequand (Parmigiani Fleurier), el Escape de anclaje Ulysse Nardin y el Escape de fuerza constante Girard-Perreguax en nuestros problemas en 2020.