Muelle real - Mainspring
Un resorte principal es un resorte de torsión en espiral de una cinta de metal, comúnmente acero para resortes, que se usa como fuente de energía en relojes mecánicos , algunos relojes y otros mecanismos de relojería . Dar cuerda al reloj, girando una perilla o llave, almacena energía en el resorte real girando la espiral más apretada. La fuerza del resorte real hace girar las ruedas del reloj a medida que se desenrolla, hasta que se necesita el siguiente devanado. Los adjetivos cuerda y resorte se refieren a mecanismos impulsados por resortes principales, que también incluyen temporizadores de cocina , metrónomos , cajas de música , juguetes de cuerda y radios de relojería .
Resortes principales modernos
Un muelle real de reloj moderno es una tira larga de acero templado y pavonado, o una aleación de acero especializada, de 20 a 30 cm de largo y 0,05 a 0,2 mm de espesor. El muelle real en el movimiento común de 1 día se calcula para permitir que el reloj funcione durante 36 a 40 horas, es decir, 24 horas entre vueltas diarias con una reserva de marcha de 12 a 16 horas, en caso de que el propietario dé cuerda tarde al reloj. Este es el estándar normal para los relojes de cuerda manual y los de cuerda automática . Los movimientos de 8 días, utilizados en relojes destinados a ser de cuerda semanal, proporcionan energía durante al menos 192 horas, pero utilizan resortes principales más largos y barriles más grandes . Los resortes principales de reloj son similares a los resortes de reloj, solo que más grandes.
Desde 1945, las aleaciones de acero al carbono han sido reemplazadas cada vez más por aleaciones especiales más nuevas ( hierro , níquel y cromo con la adición de cobalto , molibdeno o berilio ), y también por aleaciones laminadas en frío ('endurecimiento estructural'). Conocidos por los relojeros como resortes de 'metal blanco' (a diferencia del acero al carbono azulado), estos son de acero inoxidable y tienen un límite elástico más alto . Están menos sujetos a flexiones permanentes (se "cansan" ) y apenas existe riesgo de que se rompan. Algunos de ellos también son prácticamente no magnéticos .
En su forma relajada, los resortes principales se fabrican en tres formas distintas:
- Espiral enrollada : se enrollan en la misma dirección en todas partes, en una espiral simple.
- Semi-inversa : el extremo exterior del resorte se enrolla en la dirección inversa durante menos de una vuelta (menos de 360 °).
- Reversa (resiliente): el extremo exterior del resorte se enrolla en la dirección inversa durante una o más vueltas (más de 360 °).
Los tipos semi-reversa y reversa proporcionan fuerza adicional al final del período de funcionamiento, cuando el resorte está casi sin energía, para mantener el reloj funcionando a una velocidad constante hasta el final.
Cómo trabajan ellos
El resorte principal está enrollado alrededor de un eje llamado cenador, con el extremo interior enganchado a él. En muchos relojes, el extremo exterior está unido a un poste fijo. El resorte se enrolla girando el eje, y después de dar cuerda a su fuerza, gira el eje hacia el otro lado para hacer funcionar el reloj. La desventaja de esta disposición de resorte abierto es que mientras se da cuerda al resorte principal, su fuerza de accionamiento se elimina del movimiento del reloj, por lo que el reloj puede detenerse. Este tipo se usa a menudo en relojes de alarma , cajas de música y temporizadores de cocina donde no importa si el mecanismo se detiene mientras se da cuerda. El mecanismo de cuerda siempre tiene un trinquete adjunto, con un trinquete (llamado por los relojeros el clic ) para evitar que el resorte se desenrolle.
En la forma utilizada en los relojes modernos, llamada barril en movimiento, el resorte principal está enrollado alrededor de un eje y encerrado dentro de una caja cilíndrica llamada barril que puede girar libremente. El resorte está unido al eje en su extremo interior y al cañón en su extremo exterior. Los accesorios son pequeños ganchos o lengüetas, a los que se engancha el resorte mediante orificios cuadrados en sus extremos, por lo que se puede reemplazar fácilmente.
El resorte principal se enrolla girando el eje, pero impulsa el movimiento del reloj por el cañón; esta disposición permite que el resorte continúe impulsando el reloj mientras se le da cuerda. Al dar cuerda al reloj, el cenador gira, lo que aprieta el muelle real, envolviéndolo más cerca del cenador. El árbol tiene un trinquete adjunto, con un clic para evitar que el resorte gire el árbol hacia atrás y se desenrolle. Después de enrollar, el árbol está estacionario y el tirón del resorte real hace girar el cañón, que tiene un anillo de dientes de engranaje a su alrededor. Este engrana con uno de los engranajes del reloj, generalmente el piñón de la rueda central y acciona el tren de ruedas . El barril generalmente gira una vez cada 8 horas, por lo que el resorte común de 40 horas requiere 5 vueltas para relajarse por completo.
Riesgos
El muelle real contiene mucha energía. Los relojes y relojes deben desmontarse periódicamente para su mantenimiento y reparación, y si no se toman precauciones, el resorte puede soltarse repentinamente y causar lesiones potencialmente graves. Los resortes principales se "bajan" suavemente antes de realizar el mantenimiento, tirando del clic hacia atrás mientras se sostiene la llave de enrollado, lo que permite que el resorte se desenrolle lentamente. Sin embargo, incluso en su estado de "caída", los resortes principales contienen una tensión residual peligrosa. Los relojeros y los relojeros utilizan una herramienta llamada "enrollador de muelle real" para instalarlos y quitarlos de forma segura. Los resortes principales grandes de los relojes se inmovilizan mediante "abrazaderas de resortes principales" antes de retirarlos.
Historia
Los resortes principales aparecieron en los primeros relojes accionados por resorte, en la Europa del siglo XV. Reemplazó el peso que colgaba de un cable enrollado alrededor de una polea, que era la fuente de energía utilizada en todos los relojes mecánicos anteriores. Alrededor de 1400, los resortes en espiral comenzaron a usarse en cerraduras, y muchos de los primeros relojeros también eran cerrajeros. Se aplicaron resortes a los relojes para hacerlos más pequeños y más portátiles que los relojes de peso anteriores, evolucionando a los primeros relojes de bolsillo en 1600. Muchas fuentes atribuyen erróneamente la invención del resorte principal al relojero de Nuremberg Peter Henlein (también escrito Henle o Hele). alrededor de 1511. Sin embargo, muchas referencias en fuentes del siglo XV a relojes portátiles "sin pesas", y al menos dos ejemplos sobrevivientes, muestran que los relojes accionados por resorte existían en los primeros años de ese siglo. El reloj más antiguo que se conserva impulsado por un resorte principal es el Burgunderuhr (Reloj de Borgoña), un reloj de cámara adornado y dorado, actualmente en el Germanisches Nationalmuseum en Nuremberg, cuya iconografía sugiere que fue hecho alrededor de 1430 para Felipe el Bueno, duque de Borgoña .
Los primeros resortes principales se fabricaron en acero sin procesos de revenido o endurecimiento . No corrieron mucho y hubo que enrollarlos dos veces al día. Henlein se destacó por fabricar relojes que funcionaban 40 horas entre bobinados. Berthoud y Blakey describen los métodos de fabricación de resortes principales del siglo XVIII.
Fuerza constante de un resorte
Un problema a lo largo de la historia de los relojes accionados por resorte es que la fuerza ( torsión ) proporcionada por un resorte no es constante, sino que disminuye a medida que el resorte se desenrolla (ver gráfico). Sin embargo, los relojes tienen que funcionar a una velocidad constante para mantener la hora exacta. Los mecanismos de cronometraje nunca son perfectamente isócronos , lo que significa que su velocidad se ve afectada por cambios en la fuerza motriz. Esto fue especialmente cierto en el tipo primitivo de borde y foliot que se usaba antes del advenimiento del resorte de equilibrio en 1657. Por lo tanto, los primeros relojes se ralentizaron durante su período de funcionamiento a medida que el resorte principal se agotaba, lo que provocaba un cronometraje inexacto.
Dos soluciones a este problema aparecieron en los primeros relojes de resorte del siglo XV; el stackfreed y el fusee :
Stackfreed
El stackfreed era una leva excéntrica montada en el eje del resorte principal, con un rodillo cargado por resorte que presionaba contra él. La leva tenía forma de `` caracol '' de modo que al principio del período de funcionamiento, cuando el resorte principal empujaba con fuerza, el resorte se apoyaba contra la parte ancha de la leva, proporcionando una fuerza opuesta fuerte, mientras que más tarde en el período de funcionamiento como la fuerza de el resorte principal disminuyó, el resorte se apoyaría contra la parte más estrecha de la leva y la fuerza opuesta también disminuiría. El stackfreed agregó mucha fricción y probablemente redujo sustancialmente el tiempo de funcionamiento de un reloj; solo se usó en algunos relojes alemanes y se abandonó después de aproximadamente un siglo.
Fusee
El fusee fue una innovación mucho más duradera. Se trataba de una polea en forma de cono que giraba con una cadena enrollada alrededor del cilindro del resorte principal. Su forma curva cambiaba continuamente la ventaja mecánica del varillaje para igualar la fuerza del resorte principal a medida que bajaba. Los fusibles se convirtieron en el método estándar para obtener un par constante de un resorte real. Se utilizaron en la mayoría de los relojes accionados por resorte desde su primera aparición hasta el siglo XIX cuando se hizo cargo del barril en marcha, y en cronómetros marinos hasta la década de 1970.
Detén el trabajo
Otro dispositivo temprano que ayudó a equilibrar la fuerza del resorte fue el trabajo de parada o los topes de enrollamiento , que impedían que el resorte principal se enrolle por completo y evitaba que se desenrollara por completo. La idea era utilizar solo la parte central de la 'curva de torsión' del resorte, donde su fuerza era más constante. La forma más común fue la parada de Ginebra o 'cruz de Malta'. El stopwork no es necesario en los relojes modernos.
Remontoire
Un cuarto dispositivo utilizado en algunos relojes de precisión fue el remontoire . Este era un pequeño resorte o peso secundario que accionaba el escape del reloj , y el resorte real lo rebobinaba periódicamente. Esto aisló el elemento de cronometraje de la fuerza variable del resorte principal.
Yendo barril
El moderno cañón en movimiento, inventado en 1760 por Jean-Antoine Lépine , produce una fuerza constante simplemente usando un resorte principal más largo de lo necesario y enroscándolo bajo tensión en el cañón. En funcionamiento, solo se utilizan unas pocas vueltas del resorte a la vez, con el resto presionado contra la pared exterior del cañón. Matemáticamente, la tensión crea una sección 'plana' en la 'curva de torsión' del resorte (ver gráfico) y solo se usa esta sección plana. Además, el extremo exterior del resorte suele tener una curva "inversa", por lo que tiene forma de "S". Esto almacena más tensión en las vueltas exteriores del resorte donde está disponible hacia el final del período de funcionamiento. El resultado es que el cañón proporciona un par de torsión aproximadamente constante durante el período de funcionamiento diseñado del reloj; el par no disminuye hasta que el muelle real casi se ha agotado.
La tensión incorporada del resorte en el barril en marcha hace que sea peligroso desmontarlo incluso cuando no está enrollado.
Resortes principales rotos
Debido a que están sujetos a ciclos de tensión constante , hasta la década de 1960, los resortes principales generalmente se rompían por la fatiga del metal mucho antes que otras partes del reloj. Fueron considerados artículos fungibles. Esto sucedía a menudo al final del proceso de enrollado, cuando el resorte se enrolla lo más fuerte posible alrededor del eje, sin espacio entre las bobinas. Al enrollar manualmente, es fácil llegar a este punto inesperadamente y ejercer una presión excesiva sobre el resorte. Otra causa fueron los cambios de temperatura. Si un reloj estaba completamente enrollado por la noche y la temperatura bajaba por la noche, sin ningún holgura entre las bobinas, la contracción térmica del resorte largo podría soltarlo de sus accesorios en un extremo. En épocas anteriores, los reparadores de relojes notaron que los cambios en el clima provocaban una erupción de relojes con resortes principales rotos. Los resortes principales rotos fueron la principal causa de reparación de relojes hasta la década de 1960. Desde entonces, las mejoras en la metalurgia de muelles mencionadas anteriormente han hecho que los resortes principales rotos sean raros.
'Tocando' o 'banca'
Incluso si los resortes principales no eran propensos a romperse, demasiada fuerza durante el bobinado causó otro problema en los primeros relojes, llamado "golpeteo" o "inclinación". Si quedaba muy poca holgura en el resorte después del enrollado ("enrollado excesivo"), la presión del último giro de la perilla de enrollado puso el extremo del resorte bajo una tensión excesiva, que quedó bloqueada por el último clic del trinquete. El reloj funcionó con una fuerza de accionamiento excesiva durante varias horas, hasta que se alivió la tensión adicional en el extremo del resorte. Esto hizo que el volante girara demasiado en cada dirección, lo que provocó que el pasador de impulso del volante golpeara contra la parte posterior del volante. cuernos de horquilla. Esto hizo que el reloj ganara tiempo y podría romper el pasador de impulso. En los relojes más antiguos, esto se evitaba con 'stopwork'. En los relojes modernos, esto se evita diseñando el 'clic' con algo de 'retroceso' ( retroceso ), para permitir que el árbol gire hacia atrás después de enrollarlo con unos dos dientes de trinquete, lo suficiente para eliminar el exceso de tensión.
Motor o barril de seguridad
Alrededor de 1900, cuando los resortes de reloj rotos eran un problema mayor, algunos relojes de bolsillo usaban una variación del barril en movimiento llamado barril de motor o barril de seguridad . Los resortes principales generalmente se rompen al unirse al árbol, donde las tensiones de flexión son mayores. Cuando se rompió el resorte principal, la parte exterior retrocedió y el impulso hizo girar el cañón en la dirección inversa. Esto aplicó una gran fuerza al delicado tren de ruedas y al escape , a menudo rompiendo pivotes y joyas.
En el barril del motor, las funciones del eje y el barril se invirtieron con respecto al barril en marcha. El resorte principal fue enrollado por el cañón y giró el eje para impulsar el tren de ruedas. Por lo tanto, si el resorte principal se rompía, el retroceso destructivo del cañón no se aplicaría al tren de ruedas sino al mecanismo de bobinado, que era lo suficientemente robusto para soportarlo.
Piñón de seguridad
Un piñón de seguridad era un medio alternativo de protección, utilizado con el cañón en marcha. En esto, el piñón de la rueda central , que engrana el engranaje del barril, se fijó a su eje con una rosca inversa. Si el resorte se rompiera, el retroceso inverso del cañón, en lugar de pasar al tren de engranajes, simplemente desenroscaría el piñón.
El mito del 'rebobinado'
Los relojes y relojes a menudo se encuentran detenidos con el resorte real completamente enrollado, lo que llevó al mito de que dar cuerda a un reloj accionado por resorte lo daña. Varios problemas pueden causar este tipo de avería, pero nunca se debe a un "enrollamiento excesivo", ya que los relojes están diseñados para soportar una cuerda completamente.
Una de las causas del "enrollamiento excesivo" es la suciedad. Los movimientos del reloj requieren una limpieza y lubricación regulares, y el resultado normal de descuidar la limpieza de un reloj es un reloj parado con viento completo. A medida que el movimiento del reloj acumula suciedad y el aceite se seca, aumenta la fricción, por lo que el resorte real no tiene la fuerza para girar el reloj al final de su período de funcionamiento normal y se detiene prematuramente. Si el propietario continúa enrollando y usando el reloj sin repararlo, eventualmente la fuerza de fricción alcanza la parte 'plana' de la curva de torsión, y rápidamente se alcanza un punto en el que el resorte real no tiene la fuerza para hacer funcionar el reloj incluso al máximo. viento, por lo que el reloj se detiene con el muelle real completamente enrollado. El reloj necesita servicio, pero el problema se debe a un movimiento sucio u otro defecto, no a un "enrollamiento excesivo".
Otra causa común de "enrollamiento excesivo" es que si se cae un reloj, la varilla de equilibrio puede romperse y el reloj ya no puede funcionar incluso cuando el resorte real está completamente enrollado.
Relojes de cuerda automática y resortes principales 'irrompibles'
Los relojes automáticos o de cuerda automática , que se introdujeron ampliamente en la década de 1950, utilizan los movimientos naturales de la muñeca para mantener el resorte principal enrollado. Un peso semicircular, pivotado en el centro del reloj, gira con cada movimiento de muñeca. Un mecanismo de bobinado utiliza rotaciones en ambas direcciones para enrollar el muelle real.
En los relojes automáticos, el movimiento de la muñeca podía continuar enrollando el resorte real hasta que se rompiera. Esto se evita con un dispositivo de embrague deslizante . El extremo exterior del resorte principal, en lugar de unirse al cañón, está unido a un resorte de expansión circular llamado brida que presiona contra la pared interior del cañón, que tiene estrías o muescas para sujetarlo. Durante el bobinado normal, la brida se sujeta por fricción al cañón, permitiendo que el muelle real se enrolle. Cuando el muelle real alcanza su máxima tensión, su tirón es más fuerte que la brida. Una mayor rotación del árbol hace que la brida se deslice a lo largo del cañón, evitando que se enrolle más. En la terminología de las empresas de relojes, esto a menudo se denomina engañosamente un "resorte principal irrompible".
Resortes principales 'cansados' o 'ajustados'
Después de décadas de uso, los resortes principales de los relojes más antiguos se deforman ligeramente y pierden algo de su fuerza, volviéndose "cansados" o "ajustados". Esta condición se encuentra principalmente en resortes en barriles. Hace que el tiempo de funcionamiento entre devanados disminuya. Durante el servicio, el muelle real debe comprobarse en busca de "cansancio" y sustituirse si es necesario. El British Horological Institute sugiere estas pruebas:
- En un barril de resorte principal, cuando se desenrolla y se relaja, la mayoría de los giros de un resorte saludable deben presionarse contra la pared del cilindro, con solo 1 o 2 vueltas en espiral a través del espacio central para unirlo al eje. Si hay más de 2 vueltas sueltas en el centro, el resorte puede estar "cansado"; con 4 o 5 vueltas definitivamente está "cansado".
- Cuando se saca del cañón, si el diámetro del resorte relajado que descansa sobre una superficie plana es menos de 2½ veces el diámetro del cañón, está "cansado".
Indicador de reserva de energía
Algunos relojes de alta calidad tienen una esfera adicional en la esfera que indica cuánta energía queda en el muelle real, a menudo graduada en las horas que le quedan al reloj para funcionar. Dado que tanto el árbol como el cañón giran, este mecanismo requiere un engranaje diferencial que mida cuánto se ha girado el árbol, en comparación con el cañón.
Formas inusuales de resorte principal
Un resorte principal suele ser un resorte de metal en espiral, sin embargo, hay excepciones:
- El reloj de resorte de vagón: durante un breve tiempo en la historia de la relojería estadounidense, el acero de resorte enrollable no estaba disponible en los Estados Unidos, y los relojeros inventivos construyeron relojes impulsados por una pila de resortes de hojas , similar a lo que tradicionalmente ha servido como resorte de suspensión para vagones. .
- Se pueden concebir otros tipos de muelles y se han utilizado ocasionalmente en relojes experimentales, como los muelles de torsión.
- De vez en cuando uno encuentra un reloj extraño con un resorte hecho de material que no sea metal, como materiales sintéticos elásticos.
Notas
Referencias
- Glosario en 4 idiomas de GA Berner , reedición de 1988, cortesía de FH, Federación de la Industria Relojera Suiza, Bienne, Suiza.
- Murray, Michael P. (1 de febrero de 2005). "Todo lo que siempre quiso saber sobre los resortes principales de los relojes" . Clínica Mike's Clock . Consultado el 6 de julio de 2009 .