Muelle real
Un resorte principal es un resorte de torsión en espiral de una cinta metálica (comúnmente acero para resortes) que se utiliza como fuente de energía en relojes mecánicos, algunos relojes y otros mecanismos de relojería. Al darle cuerda al reloj, girando una perilla o una llave, se almacena energía en el resorte real al girar la espiral con más fuerza. Luego, la fuerza del resorte real hace girar las ruedas del reloj a medida que se desenrolla, hasta que es necesario darle cuerda nuevamente. Los adjetivos de cuerda y de resorte se refieren a mecanismos accionados por resortes reales, que también incluyen cronómetros de cocina, metrónomos, cajas de música, juguetes de cuerda y radios de reloj.
Muelles reales modernos
El resorte principal de un reloj moderno es una tira larga de acero endurecido y pavonado, o de una aleación de acero especializada, de 20 a 30 cm de largo y de 0,05 a 0,2 mm de espesor. El muelle real del movimiento común de 1 día está calculado para permitir que el reloj funcione durante 36 a 40 horas, es decir, 24 horas entre cuerdas diarias con una reserva de marcha de 12 a 16 horas, en caso de que el propietario se retrase al darle cuerda al reloj. Este es el estándar normal tanto para los relojes de cuerda manual como para los de cuerda automática. Los movimientos de 8 días, utilizados en relojes destinados a dar cuerda semanalmente, proporcionan energía durante al menos 192 horas, pero utilizan resortes reales más largos y barriletes más grandes. Los resortes de los relojes son similares a los resortes de los relojes, sólo 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 adición de cobalto, molibdeno o berilio), y también por aleaciones laminadas en frío (endurecimiento estructural). Conocido por los relojeros como "metal blanco" Los resortes (a diferencia del acero al carbono pavonado), son inoxidables y tienen un límite elástico más alto. Están menos sujetos a doblarse permanentemente (cansarse) y apenas hay riesgo de que se rompan. Algunos de ellos además son prácticamente no magnéticos. Las aleaciones patentadas incluyen SPRON fabricado por Seiko y Nivarox de Swatch Group.
En su forma relajada, los resortes reales tienen tres formas distintas:
- Espiral coiled: Estos son coilados en la misma dirección a lo largo, en una simple espiral.
- Semi-reverse: El extremo exterior de la primavera se enrolla en la dirección inversa por menos de un giro (menos de 360°).
- Inversión (resiliente): el extremo exterior de la primavera se enrolla en la dirección inversa para una o más vueltas (excediendo 360°).
Los tipos semi-reversos y reversos proporcionan fuerza adicional al final del período de funcionamiento, cuando la primavera está casi fuera de energía, para mantener el reloj funcionando a un ritmo constante al final.
Operación
El resorte principal está enrollado alrededor de un eje llamado eje, con el extremo interior enganchado a él. En muchos relojes, el extremo exterior está sujeto a un poste fijo. El resorte se da cuerda girando el eje y, después de darle cuerda con su fuerza, gira el eje en la otra dirección para hacer funcionar el reloj. La desventaja de esta disposición de resorte abierto es que mientras se da cuerda al resorte real, su fuerza motriz se elimina del movimiento del reloj, por lo que el reloj puede detenerse. Este tipo se utiliza a menudo en despertadores, cajas de música y temporizadores de cocina, donde no importa si el mecanismo se detiene mientras se da cuerda. El mecanismo de cuerda siempre lleva incorporado un trinquete, con un trinquete (llamado por los relojeros clic) para evitar que el resorte se desenrolle.
En la forma utilizada en los relojes modernos, llamada barril de marcha, 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 por su extremo interior y al cañón por su extremo exterior. Los enganches son pequeños ganchos o pestañas, a los que se engancha el resorte mediante orificios cuadrados en sus extremos, para que pueda ser reemplazado fácilmente.
La jeringa está herida al girar el arbor, pero conduce el movimiento del reloj por el barril; este arreglo permite que la primavera continúe alimentando el reloj mientras está siendo herida. Viento el reloj gira el arbor, que ajusta la jeringa, envolviéndolo más cerca del arbor. El arbor tiene un ratchet apegado a él, con un clic para evitar que la primavera gire el arbor hacia atrás y desenrolle. Después del enrollamiento, el arbor es estacionario y el tirón de la jeringa gira el barril, que tiene un anillo de dientes de engranaje alrededor de él. Esta malla con uno de los engranajes del reloj, generalmente los rueda central Pinion y conduce el tren de rueda. El barril generalmente gira una vez cada 8 horas, por lo que el resorte común de 40 horas requiere 5 vueltas para relajarse completamente.
Peligros
El resorte real contiene mucha energía. Si no se toman precauciones durante el desmontaje, el resorte puede soltarse repentinamente y provocar lesiones potencialmente graves. Antes de realizar el mantenimiento, los resortes principales se “bajan” suavemente tirando del clic hacia atrás mientras se sostiene la llave de cuerda, permitiendo que el resorte se desenrolle lentamente. Sin embargo, incluso en su estado "bajado", los resortes reales contienen una tensión residual peligrosa. Los relojeros utilizan una herramienta llamada "bobinador de resorte" para instalarlos y quitarlos de forma segura. Los grandes resortes de los relojes se inmovilizan mediante "abrazaderas de resorte" antes de la eliminación.
Historia
Los resortes reales aparecieron en los primeros relojes accionados por resortes, en la Europa del siglo XV. Reemplazó el peso que colgaba de una cuerda enrollada alrededor de una polea, que era la fuente de energía utilizada en todos los relojes mecánicos anteriores. Alrededor del año 1400 se empezaron a utilizar muelles en espiral en las cerraduras, y muchos de los primeros relojeros también eran cerrajeros. Se aplicaron resortes a los relojes para hacerlos más pequeños y portátiles que los relojes anteriores impulsados por pesas, evolucionando hasta convertirse en los primeros relojes de bolsillo en 1600. Muchas fuentes atribuyen erróneamente la invención del resorte real 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 supervivientes, muestran que en los primeros años de ese siglo existían relojes de resorte. El reloj más antiguo que se conserva impulsado por un resorte real es el Burgunderuhr (Reloj de Borgoña), un ornamentado reloj de cámara dorado, actualmente en el Museo Nacional Alemán de Nuremberg, cuya iconografía sugiere que fue fabricado alrededor de 1430 para Felipe el Bien, duque de Borgoña.
Los primeros muelles reales se fabricaban en acero sin procesos de templado ni endurecimiento. No duraban mucho y había que darles cuerda dos veces al día. Henlein se destacó por fabricar relojes que funcionaban 40 horas entre vueltas. Berthoud y Blakey describen los métodos del siglo XVIII para fabricar resortes reales.
Fuerza constante de un resorte
Un problema a lo largo de la historia de los relojes accionados por resortes es que la fuerza (par) proporcionada por un resorte no es constante, sino que disminuye a medida que el resorte se desenrolla (ver gráfico). Sin embargo, los relojes deben funcionar a un ritmo constante para mantener la hora exacta. Los mecanismos de cronometraje nunca son perfectamente isócronos, lo que significa que su ritmo se ve afectado por cambios en la fuerza motriz. Esto fue especialmente cierto en el caso del tipo primitivo de borde y foliot utilizado antes de la llegada del resorte espiral en 1657. Por lo tanto, los primeros relojes se desaceleraron 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:
Liberado de pila
El stackfreed era una leva excéntrica montada en el eje del resorte principal, con un rodillo accionado por un resorte que presionaba contra él. La cámara tenía un 'caracol' forma de modo que al principio del período de funcionamiento, cuando el resorte principal empujaba con fuerza, el resorte se apoyaría contra la parte ancha de la leva, proporcionando una fuerte fuerza opuesta, mientras que más adelante en el período de funcionamiento, a medida que la fuerza del resorte principal disminuía, 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 del reloj; sólo se utilizó en algunos relojes alemanes y fue abandonado después de aproximadamente un siglo.
Fusible
El fusee fue una innovación mucho más duradera. Se trataba de una polea en forma de cono que giraba mediante 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 de resorte desde su primera aparición hasta el siglo XIX, cuando tomó el relevo el barrilete, y en cronómetros marinos hasta la década de 1970.
Detener el trabajo
Otro de los primeros dispositivos que ayudó a equilibrar la fuerza del resorte fue el stopwork o topes de cuerda, que impedían que el resorte principal se enrollara por completo, y impidió que se desenrollara por completo. La idea era utilizar sólo la parte central de la "curva de torsión" del resorte, donde su fuerza era más constante. La forma más común era 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. Se trataba de un pequeño resorte o peso secundario que impulsaba el escape del reloj y que el resorte principal lo rebobinaba periódicamente. Esto aisló el elemento de cronometraje de la fuerza variable del resorte.
Haciendo barril
El cañón moderno, inventado en 1760 por Jean-Antoine Lépine, produce una fuerza constante simplemente utilizando un resorte principal más largo de lo necesario y enroscándolo bajo tensión en el cañón. En funcionamiento, sólo se utilizan unas pocas vueltas del resorte a la vez, y el resto se presiona contra la pared exterior del cañón. Matemáticamente, la tensión crea una superficie 'plana' sección en la curva de torsión del resorte (ver gráfico) y solo se utiliza esta sección plana. Además, el extremo exterior del resorte suele tener una curvatura inversa, por lo que tiene una forma en forma de "S"; forma. 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 cilindro proporciona un par aproximadamente constante durante el período de funcionamiento diseñado para el reloj; el par no disminuye hasta que el resorte principal casi se ha agotado.
La tensión incorporada del resorte en el cañón hace que sea peligroso desmontarlo incluso cuando no está enrollado.
Muelles reales rotos
Debido a que están sujetos a ciclos de tensión constantes, hasta la década de 1960 los resortes reales generalmente se rompían por fatiga del metal mucho antes que otras partes del reloj. Fueron considerados artículos prescindibles. Esto sucede a menudo al final del proceso de enrollado, cuando el resorte se enrolla lo más apretado posible alrededor del eje, sin espacio entre las espiras. Al darle cuerda manualmente, es fácil llegar a este punto inesperadamente y ejercer una presión excesiva sobre el resorte. Otra causa fueron los cambios de temperatura. Si a un reloj se le daba toda la cuerda por la tarde y la temperatura bajaba por la noche, sin ninguna holgura entre las espiras, la contracción térmica del largo resorte podría soltarlo de sus fijaciones en un extremo. En el pasado, los reparadores de relojes notaron que los cambios climáticos provocaban una serie de relojes con resortes rotos. Los muelles reales rotos fueron la principal causa de reparación de relojes hasta la década de 1960. Desde entonces, las mejoras en la metalurgia de los resortes mencionadas anteriormente han hecho que los resortes reales rotos sean raros.
'Llamar' o 'banca'
Incluso si los resortes reales no eran propensos a romperse, demasiada fuerza durante la cuerda causaba otro problema en los primeros relojes, llamado "golpeteo" en el reloj. o 'bancario'. Si quedaba muy poca holgura en el resorte después de enrollarlo ('sobreenrollado"), la presión del último giro de la perilla de enrollado ponía el extremo del resorte bajo una tensión excesiva, que quedaba bloqueada con el último clic. del trinquete. Así, el reloj funcionó con una fuerza motriz excesiva durante varias horas, hasta que se alivió la tensión adicional al final 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 de los cuernos de la horquilla. Esto hacía que el reloj ganara tiempo, pudiendo romper el pasador de impulso. En los relojes más antiguos esto se evitaba con un 'stopwork'. En los relojes modernos, esto se evita diseñando el botón 'clic' con algo de 'retroceso' (contragolpe), para permitir que el eje gire hacia atrás después de enrollarlo con aproximadamente dos dientes de trinquete, lo suficiente para eliminar el exceso de tensión.
Motor o cañón de seguridad
Alrededor de 1900, cuando los resortes rotos eran un problema mayor, algunos relojes de bolsillo usaban una variación del barrilete llamado barril de motor o barril de seguridad. Los resortes reales generalmente se rompen en su unión al eje, donde las tensiones de flexión son mayores. Cuando el resorte real se rompió, 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, rompiendo a menudo pivotes y joyas.
En el barril del motor, las funciones del eje y del barril estaban invertidas respecto al barril en marcha. El resorte real fue enrollado por el cañón y giró el eje para impulsar el tren de ruedas. Por lo tanto, si el resorte real se rompía, el retroceso destructivo del cañón no se aplicaría al tren de ruedas sino al mecanismo de cuerda, que era lo suficientemente robusto como para soportarlo.
Piñón de seguridad
Un piñón de seguridad era un medio alternativo de protección, utilizado con el cañón en marcha. En este caso, el piñón de la rueda central, en el que engrana el engranaje cilíndrico, estaba unido a su eje con una rosca inversa. Si el resorte se rompiera, el retroceso inverso del cañón, en lugar de transmitirse al tren de engranajes, simplemente desenroscaría el piñón.
El mito del 'sobrebobinado'
Los relojes a menudo se encuentran parados con el resorte real completamente enrollado, lo que llevó al mito de que darle cuerda a un reloj accionado por resorte completamente lo daña. Varios problemas pueden causar este tipo de avería, pero nunca se debe a una "bobina excesiva", ya que los relojes están diseñados para soportar una carga completa.
Una de las causas del “bobinado excesivo” es la suciedad. Los movimientos de los relojes requieren una limpieza y lubricación periódicas, y el resultado normal de no limpiar un reloj es que el reloj se detenga a pleno viento. A medida que el movimiento del reloj acumula suciedad y el aceite se seca, la fricción aumenta, de modo que el resorte principal no tiene la fuerza para girar el reloj al final de su período de funcionamiento normal y se detiene prematuramente. Si el propietario continúa dándole cuerda y utilizando el reloj sin darle mantenimiento, eventualmente la fuerza de fricción alcanza el nivel "plano"; parte de la curva de torsión, y rápidamente se alcanza un punto en el que el resorte principal no tiene la fuerza para hacer funcionar el reloj incluso con viento pleno, por lo que el reloj se detiene con el resorte principal completamente enrollado. El reloj necesita reparación, pero el problema se debe a un movimiento sucio u otro defecto, no a "una cuerda excesiva".
Otra causa común de que un reloj se detenga con el viento a pleno es que si se cae, la balanza puede romperse y el reloj ya no puede funcionar incluso cuando el resorte real está completamente cargado.
Relojes de cuerda automática y relojes 'irrompibles' muelles reales
Los relojes de cuerda automática o de cuerda automática, introducidos ampliamente en la década de 1950, utilizan los movimientos naturales de la muñeca para mantener el resorte real cargado. Un peso semicircular, pivotado en el centro del reloj, gira con cada movimiento de la muñeca. Un mecanismo enrollador utiliza rotaciones en ambas direcciones para enrollar el resorte real.
En los relojes automáticos, el movimiento de la muñeca podía continuar dando cuerda al muelle real hasta que se rompía. Esto se evita con un dispositivo de embrague deslizante. El extremo exterior del resorte real, en lugar de sujetarse al cañón, está sujeto a un resorte de expansión circular llamado brida que presiona contra la pared interior del cañón, que tiene dentados o muescas para sujetarlo. Durante el enrollado normal, la brida se sujeta por fricción al cañón, lo que permite enrollar el resorte real. Cuando el resorte real alcanza su tensión máxima, su tracción es más fuerte que la brida. Una mayor rotación del eje hace que la brida se deslice a lo largo del cañón, evitando que se enrolle más. En la terminología de las empresas relojeras, esto a menudo se denomina engañosamente "resorte irrompible".
'Cansado' o 'establecer' muelles reales
Después de décadas de uso, los resortes reales de relojes más antiguos se deforman ligeramente y pierden parte de su fuerza, "cansándose" en el tiempo. o 'establecido'. Esta condición se encuentra principalmente en resortes en barriles. Hace que disminuya el tiempo de funcionamiento entre devanados. Durante el mantenimiento se debe comprobar que el muelle real no esté "cansado"; y reemplazado si es necesario. El Instituto Británico de Relojería sugiere estas pruebas:
- En un barril de cañones, cuando se desenrollan y relajan, la mayoría de los giros de un resorte saludable deben ser presionados plano contra la pared del cañón, con sólo 1 o 2 vueltas en espiral a través del espacio central para conectarse al arbor. Si más de 2 vueltas están sueltas en el centro, la primavera puede ser 'tirada'; con 4 o 5 vueltas definitivamente está 'tirada'.
- Cuando se retira del cañón, si el diámetro del manantial relajado que se encuentra sobre una superficie plana es menos de 21⁄2 veces el diámetro del barril, es 'tirado'.
Indicador de reserva de corriente
Algunos relojes de alta calidad tienen un dial extra en la cara indicando cuánto poder queda en la placa principal, a menudo se graduó en horas que el reloj ha dejado de funcionar. Desde el arbor y el giro del barril, este mecanismo requiere un engranaje diferencial que mide hasta qué punto se ha convertido el arbor, en comparación con el barril.
Formas inusuales de resorte real
Un resorte real suele ser un resorte de metal enrollado, sin embargo, existen excepciones:
- El reloj de primavera del carro: Durante un breve tiempo en la historia de la relojería estadounidense, el acero de primavera coilable no estaba disponible en los Estados Unidos, y los relojeros inventivos construyeron relojes alimentados por una pila de manantiales de hoja, similar a lo que tradicionalmente ha servido como una primavera de suspensión para los carros.
- Otros tipos de primavera son concebibles y se han utilizado ocasionalmente en relojes experimentales.
- Ocasionalmente se encuentra un reloj extraño con un resorte hecho de material distinto al metal, como materiales elásticos sintéticos.
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