Tempo de equilíbrio - lançamos nossos olhos no volante

Em nossa história, a última edição da mola de balanço - literalmente o coração pulsante do relógio mecânico - pode parecer que esse componente faz todo o trabalho pesado, no que diz respeito aos negócios de back-office de cronometragem. No entanto, como qualquer relojoeiro lhe dirá - e também um bom número de CEOs de marcas de relógios -, não adianta falar em uma nova mola de balanço se alguém também não abordar o volante e, de fato, a alavanca que impulsiona o sistema. Nesta história, veremos principalmente o próprio volante, com algumas incursões na história e no funcionamento de escapes de verge, détente e alavanca suíça. Quanto à alavanca ou ao garfo de paletes, será necessário aguardar outro problema.

Começamos esta história onde o último terminou - com a nota de que as rodas de equilíbrio e as molas precisam funcionar juntas. A melhor maneira de entender isso é pensar na relação entre o relógio de pulso mecânico e o relógio de pêndulo. Assim como o pêndulo é o órgão regulador do relógio, a balança e a mola de equilíbrio desempenham a mesma função no relógio de pulso. Isso significa que o equilíbrio e a mola de equilíbrio precisam se aproximar dos efeitos da gravidade. Nosso protagonista que retornou para esta introdução não é outro senão o físico holandês Christiaan Huygens. Você deve se lembrar que Huygens foi pioneiro na mola de equilíbrio (aperfeiçoando-a em 1675) e no pêndulo (do relógio acima mencionado).

Patek Philippe calibre 240 Q SI

Ref. Pesquisa Avançada Patek Philippe. 5550 abriga o calibre 240 Q SI

Curiosamente, a roda de balanço parece ter existido antes do tempo de Huygens - o próprio Huygens projetou seu sistema de roda de balanço e mola no estilo de fuga à beira. De fato, Huygens e outros pioneiros estavam procurando o componente certo para criar oscilação harmônica, e essa peça que faltava era a primavera do equilíbrio. Portanto, o resto do escape - o sistema de alavancas suíço só emergiria mais tarde - existia antes de 1675.

A oscilação harmônica, como propriedade física, foi explorada primeiro por Galileu Galilei, quando ele sondou a função dos pêndulos na parte inicial do século XVII. Foi Galileu quem descobriu o isocronismo como algo intrínseco ao balanço de pêndulos. Basicamente, o período de oscilação de qualquer pêndulo é relativamente consistente, independentemente do tamanho da oscilação. Com isso, pode-se obter um cronometrista estável, porque enquanto o pêndulo continua girando, o relógio continua correndo na mesma velocidade. Obviamente, um relógio que funcionasse em ritmos diferentes, dependendo do balanço do pêndulo, seria menos que útil.

Galileo Galilei

O pêndulo obtém essa propriedade isócrona da gravidade, o que significa que os relógios equipados com pêndulos precisavam ser o mais estáveis ​​possível; o movimento interrompe o balanço de um pêndulo, introduzindo variações indesejáveis. Huygens concluiu o projeto do relógio de pêndulo, inicialmente iniciado pelo Galileo. Antes do advento do relógio de pêndulo, os relógios mecânicos usavam outro componente para simular o isocronismo: o foliot. Baseando-se em forças inerciais, era uma barra horizontal (com pesos em cada extremidade) girada exatamente no meio. O movimento de balanço resultante, impulsionado pela energia cinética de uma mola desenrolada, forneceu a taxa de cronometragem.

Cortando diretamente nos conjuntos mecânicos atuais da balança, o volante gira aproximadamente uma vez e meia em uma direção, o que constitui um balanço. Isso é cerca de 270 ° para cada lado da posição central de equilíbrio do volante. Um ciclo completo é duas dessas oscilações, o que significa duas batidas. A rigidez da mola de equilíbrio e o momento de inércia da roda são elementos-chave na equação que determina quantos segundos são necessários para concluir um ciclo.

Voltando ao assunto da roda de balanço e do fólio, não está claro quando a roda de balanço substituiu completamente o fólio. É certo que a introdução do pêndulo e a mola de equilíbrio colocam as deficiências do escape à beira em severo alívio. Muitos escapamentos diferentes competiram para substituí-lo, incluindo os escapamentos de retenção e cilindro. No final, foi o escape da âncora e o escape da alavanca que finalmente selaram o destino do escapamento outrora dominante.

Onde o volante se encaixa nessa história? Bem, é fornecida uma descrição completa na seção sobre escapamentos das alavancas (Leverage), bem como no breve resumo acima, mas reserve um momento para ler o segmento On the Verge porque ele define o cenário. A roda de balanço parece ser a melhor forma de trabalhar ao lado da espiral tradicional ou da mola de balanço.

Na sua forma atual, as rodas de equilíbrio têm uma variedade de aparências, que podem ser divididas em duas formas principais: suave e não suave. Sim, não-suave não é especialmente eloqüente, mas se for preciso ter um termo com um som mais técnico, será uma massa ajustável. Optamos por não usar suavidade, pois isso inclui rodas de balanço parafusadas, não uma descrição particularmente encantadora. A versão não suave da roda de balanço é tradicional, com pequenos parafusos na borda da roda. Isso não deve ser confundido com o Gyromax da Patek Philippe, o Microstella da Rolex e uma variedade de opções do Swatch Group (principalmente da Omega) que parecem incluir parafusos no aro ou no interior do aro.

Roda de balanço Ulysse Nardin

Em princípio, sistemas não suaves usam pesos para ajustar a inércia da roda de balanço - até que ponto os parafusos são presos na balança determina isso nas versões de balança aparafusada. No sistema tradicional, a balança seria ajustada manualmente pelos relojoeiros em um processo conhecido como equilibrar a balança ou equilibrar a balança; para os projetos de balança mais recentes da variedade de massa ajustável, estes são tipicamente preparados pelo computador depois que as espirais são anexadas.

A roda de equilíbrio suave também está pronta na fábrica, com os computadores envolvidos neste processo também. A roda de balanço suave tende a ser da variedade Glucydur (consulte a seção Glucydur), enquanto novas balanças podem ser feitas de silício, com pesos em outros materiais. Exemplos de rodas de equilíbrio amplamente inventivas incluem experimentos de DeBethune, Ulysse Nardin e Patek Philippe.

À BEIRA

O desenvolvimento técnico mais importante em relojoaria e fabricação de relógios, o desenvolvimento do escape à beira do século 13, permitiu a fabricação de relógios totalmente mecânicos. Aqui está como David Glasgow descreveu o funcionamento do escape à beira de seu livro de 1885, Watch and Clock Making (a descrição aqui foi parafraseada e editada, quando necessário).

O relógio da catedral de Salisbury mostra como era o primeiro relógio de beira, cortesia da Wikipedia

O escape da beira consiste em uma roda em forma de coroa, com dentes salientes em forma de dente de serra; seu eixo é orientado horizontalmente. Uma haste vertical, a orla, é posicionada na frente da roda de coroa, com duas placas de metal (paletes) que engatam os dentes em lados opostos da roda de coroa. Os paletes são orientados com um ângulo entre eles, para que apenas um prenda os dentes de cada vez. Uma roda de equilíbrio ou um pêndulo é montado no final da haste da orla.

Parece que a roda de balanço existia antes do tempo de Huygens - o próprio Huygens projetou seu sistema de roda de balanço e mola no estilo de escape à beira

À medida que as engrenagens fornecem a energia de uma mola helicoidal desenrolada para a roda de coroa, um dos dentes da roda de coroa empurra um palete, girando a borda em uma direção. Ao mesmo tempo, essa ação gira o segundo palete no caminho dos dentes, no lado oposto da roda, até que o dente passe pelo primeiro palete. Em seguida, um dente no lado oposto da roda entra em contato com o segundo palete, girando a borda para trás na outra direção e o ciclo se repete.

Assim, o que começou com a rotação não regulamentada da roda da coroa é transformado na oscilação da orla. Isso coloca o pêndulo ou equilíbrio / foliot em movimento. Cada giro da balança / folíolo ou pêndulo permite que um dente da roda de escape passe, tornando regular o movimento do relógio. O trem de roda do relógio avança em um valor fixo, movendo os ponteiros para frente a uma taxa constante.

O segundo relógio de pêndulo de berma construído por Christiaan Huygens, cortesia da Wikipedia

A roda de coroa deve ter um número ímpar de dentes para que o escape funcione. Com um número par, dois dentes opostos entrarão em contato com os paletes ao mesmo tempo, bloqueando o escape.

Com o advento do pêndulo, o escape da âncora fornece uma ação mais natural para os relógios e, assim, começou a substituir o escape da beira.

ALAVANCA

Desenvolvido por Thomas Mudge, o escape da alavanca é, literalmente, o escape do relógio mecânico contemporâneo. Mais uma vez, somos gratos ao livro de Glasgow por informações, junto com a escola de relojoaria da TimeZone. A breve descrição de como tudo funciona abaixo foi derivada dessas fontes (principalmente as seções de Walt Odets).

No escape de alavanca padrão, também conhecido como escape de alavanca suíço, a roda de escape e o garfo de paletes desempenham papéis fundamentais (sem trocadilhos). A roda de escape é engrenada no trem da roda, fornecendo um impulso ao garfo de paletes. Recebendo esse impulso, o garfo de paletes o leva ao eixo da roda de balanço, girando a roda de balanço. A mola de equilíbrio retorna a roda de equilíbrio à sua posição central estática, enviando um impulso através do eixo para o garfo de paletes, que então interage novamente com a roda de escape.

Roda de balanço e mola do TAG Heuer Autavia Isograph

Garfo de paletes e escape do calibre Patek Philippe 240 Q SI

A energia não regulada da mola principal é entregue à roda de balanço. A roda de balanço retorna a energia regulada para o trem da roda, que posteriormente avança por um valor fixo e move os ponteiros do tempo por um valor fixo.

Cada movimento para frente e para trás da roda de equilíbrio de e para a posição central corresponde ao movimento da roda de escape por um dente (chamado batimento). Um escape típico da alavanca do relógio bate em 18.000 ou mais batimentos por hora, às vezes também chamado de vibrações por hora. Cada batida dá um impulso à roda de balanço; portanto, existem dois impulsos por ciclo (o mesmo que o escape da beira). Apesar de estar travada em repouso na maioria das vezes, a roda de escape gira normalmente a uma média de 10 rpm ou mais.

A origem do som “tick tock” é causada por esse mecanismo de escape. À medida que a roda de balanço balança para frente e para trás, o som de tiques é ouvido.

GLUCIDUR E MATERIAIS ALTERNATIVOS

Embora o equilíbrio de Glucydur pareça dominar, com sua liga de berílio, cobre e ferro, existem outros tipos de rodas de equilíbrio. Digitalizando catálogos de leilões, a alternativa mais comum é o volante de liga de ouro-cobre. Funcionalmente, os dois tipos de saldo executam o mesmo truque, mas são necessários alguns detalhes adicionais para entender o que está acontecendo aqui.

A questão central é a variação de temperatura, porque as propriedades de massa da mola de balanço mudam à medida que se expande ou contrai.Obviamente, isso afetará a taxa de cronometragem, pois afetará as oscilações da roda de balanço. De fato, o volante também está sujeito a variações térmicas. As ligas ouro-cobre e Glucydur têm excelentes coeficientes de expansão linear, entre +14 e +17 x 10-6 / ° K, e, portanto, esses materiais continuam a ser favorecidos hoje nas empresas de relojoaria. Nada é perfeito, no entanto, e quando essas ligas se expandirem, o escape não será mais isócrono.

A tentativa mais recente de resolver esse problema foi o Zenith Defy Oscillator, que também é a inovação de escape mais radical desde a época de Huygens. Na verdade, combina o garfo de paletes, o volante e a mola em uma estrutura de silicone. Um material não metálico, o silício é tratado de maneira diferente para lidar com variações térmicas, normalmente usando um óxido de silício, por exemplo. No caso deste sistema Zenith, não é tão direto quanto todos os elementos do escape são inteiros.

Analisaremos mais detalhadamente esse sistema, juntamente com o oscilador Genequand (Parmigiani Fleurier), o escapamento de âncora Ulysse Nardin e o escapamento de força constante Girard-Perreguax em nossos problemas em 2020.

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