Un escape es un enlace mecánico en relojes mecánicos que da impulsos al elemento de cronometraje y libera periódicamente el tren de engranajes para avanzar, haciendo avanzar las manecillas del reloj. La acción de impulso transfiere energía al elemento de cronometraje del reloj (generalmente un péndulo o volante ) para reemplazar la energía perdida por la fricción durante su ciclo y mantener el cronometrador oscilando. El escape es impulsado por la fuerza de un resorte helicoidal o un peso suspendido, transmitido a través del tren de engranajes del reloj. Cada movimiento del péndulo o del volante libera un diente de la rueda de escape del escape , lo que permite que el tren de engranajes del reloj avance o "escape" en una cantidad fija. Este avance periódico regular hace avanzar las manecillas del reloj a un ritmo constante. Al mismo tiempo, el diente empuja el elemento de cronometraje, antes de que otro diente se enganche en la paleta del escape, devolviendo el escape a su estado "bloqueado". La parada repentina del diente del escape es lo que genera el característico sonido de "tictac" que se escucha al operar relojes mecánicos.
El primer escape mecánico, el escape de borde , se inventó en la Europa medieval durante el siglo XIII y fue la innovación crucial que condujo al desarrollo del reloj mecánico. El diseño del escape tiene un gran efecto en la precisión de un reloj, y las mejoras en el diseño del escape impulsaron mejoras en la medición del tiempo durante la era de la cronometraje mecánico desde el siglo XIII al XIX.
Los escapes también se utilizan en otros mecanismos además de los relojes. Las máquinas de escribir manuales utilizaban escapes para subir el carro a medida que se escribía cada letra (o espacio). Históricamente, un escape impulsado por líquido se utilizó para el diseño de un lavabo en la antigua Grecia y el mundo helenístico , particularmente en el Egipto ptolemaico , mientras que los escapes impulsados por líquido se aplicaron a mecanismos de relojería comenzando en la China de la dinastía Tang y culminando durante la dinastía Song .
La importancia del escape en la historia de la tecnología es que fue el invento clave que hizo posible el reloj totalmente mecánico . [1] [2] La invención del primer escape totalmente mecánico, el escape de borde , en la Europa del siglo XIII inició un cambio en los métodos de cronometraje desde procesos continuos, como el flujo de agua en los relojes de agua , hasta procesos oscilatorios repetitivos . como el movimiento de los péndulos , que tenía el potencial de ser más preciso. [2] Los cronometradores oscilantes son los dispositivos de control de todos los relojes modernos.
El primer escape impulsado por líquido fue descrito por el ingeniero griego Filón de Bizancio (siglo III a. C.) en su tratado técnico Neumática (capítulo 31) como parte de un lavabo . [3] Una cuchara con contrapeso, suministrada por un tanque de agua, se vuelca en un recipiente cuando está llena, liberando un trozo esférico de piedra pómez en el proceso. Una vez vaciada la cuchara, el contrapeso la vuelve a levantar, cerrando la puerta de la piedra pómez mediante el cordón de apriete. Sorprendentemente, el comentario de Filón de que "su construcción es similar a la de los relojes" indica que tales mecanismos de escape ya estaban integrados en los antiguos relojes de agua. [3]
En China , el monje budista de la dinastía Tang, Yi Xing , junto con el funcionario gubernamental Liang Lingzan , escaparon en 723 (o 725) gracias al funcionamiento de una esfera armilar impulsada por agua y un mecanismo de reloj , que fue el primer escape mecánico del mundo. [4] [5] Los relojeros de la dinastía Song (960-1279), Zhang Sixun (f. finales del siglo X) y Su Song (1020-1101), aplicaron debidamente dispositivos de escape para sus torres de relojes astronómicos , [6] antes de que la tecnología se estancara y retrocediera. . Según el historiador Derek J. de Solla Price , el escape chino se extendió hacia el oeste y fue la fuente de la tecnología de escape occidental. [7] Según Ahmad Y. Hassan , un escape de mercurio en una obra española para Alfonso X en 1277 se remonta a fuentes árabes anteriores. [8] [ ¿ fuente poco confiable? ] El conocimiento de estos escapes de mercurio puede haberse extendido por Europa con traducciones de textos árabes y españoles. [8] [9]
Sin embargo, ninguno de estos eran verdaderos escapes mecánicos, ya que todavía dependían del flujo de líquido a través de un orificio para medir el tiempo. Por ejemplo, en el reloj de Su Song, el agua fluía hacia un recipiente sobre un pivote. La función del escape era volcar el recipiente cada vez que se llenaba, haciendo avanzar así las ruedas del reloj cada vez que se dosía una cantidad igual de agua. El tiempo entre liberaciones dependía de la tasa de flujo, como ocurre con todos los relojes de líquidos. La velocidad de flujo de un líquido a través de un orificio varía con los cambios de temperatura y viscosidad, y disminuye con la presión a medida que desciende el nivel de líquido en el recipiente fuente. El desarrollo de los relojes mecánicos dependió de la invención de un escape que permitiría controlar el movimiento de un reloj mediante una masa oscilante.
El primer escape mecánico, el escape de borde , se utilizó en un aparato para hacer sonar campanas llamado alarmar durante varios siglos antes de que se adaptara a los relojes. [10] En la Europa del siglo XIV apareció como cronometrador en los primeros relojes mecánicos, que eran grandes relojes de torre [11] (aunque algunas fuentes afirman que el arquitecto francés Villard de Honnecourt inventó el primer escape hacia 1237 debido a un dibujo de su cuadernos de una cuerda para hacer girar una estatua de un ángel para que siguiera el sol, [12] el consenso es que esto no fue un escape. [13] [14] [15] [16] [17] [18] ) Su Se desconoce el origen y el primer uso porque es difícil distinguir cuáles de estos primeros relojes de torre eran mecánicos y cuáles eran relojes de agua . [19] Sin embargo, la evidencia indirecta, como un aumento repentino en el costo y la construcción de los relojes, apunta a finales del siglo XIII como la fecha más probable para el desarrollo del escape del reloj moderno. [11] El astrónomo Robertus Anglicus escribió en 1271 que los relojeros estaban intentando inventar un escape, pero aún no habían tenido éxito. [20] Por otro lado, la mayoría de las fuentes coinciden en que los relojes de escape mecánicos existían en 1300. [21] [22] [11]
En realidad, la descripción más antigua de un escape, en el manuscrito Tractatus Horologii Astronomici de Ricardo de Wallingford de 1327 en el reloj que construyó en la Abadía de St. Albans , no era un borde, sino una variación llamada escape estroboscópico . [23] [24] [11] Consistía en un par de ruedas de escape en el mismo eje, con dientes radiales alternos. La varilla del borde estaba suspendida entre ellos, con un travesaño corto que giraba primero en una dirección y luego en la otra a medida que los dientes escalonados pasaban. Aunque no se conoce ningún otro ejemplo, es posible que éste fuera el primer diseño de escape de reloj. [23]
Sin embargo, el borde era el escape estándar utilizado en todos los demás relojes antiguos y siguió siendo el único escape durante 400 años. Su fricción y retroceso limitaron su rendimiento, pero la precisión de estos relojes de borde y foliot estaba más limitada por sus primeros volantes tipo foliot , que debido a que carecían de un resorte de espiral no tenían un "ritmo" natural, por lo que no había muchos incentivos para mejorar. el escape.
El gran salto en precisión resultante de la invención del péndulo y la espiral alrededor de 1657, que convirtió los elementos de cronometraje tanto en relojes como en osciladores armónicos , centró la atención en los errores del escape, y escapes más precisos pronto reemplazaron el borde. Los dos siglos siguientes, la "edad de oro" de la relojería mecánica , vieron la invención de quizás 300 diseños de escape, aunque sólo unos 10 resistieron la prueba del tiempo y fueron ampliamente utilizados en relojes. [25] Estos se describen individualmente a continuación.
La invención del oscilador de cristal y el reloj de cuarzo en la década de 1920, que se convirtió en el reloj más preciso en la década de 1930, trasladó la investigación tecnológica en el cronometraje a métodos electrónicos , y el diseño de escapes dejó de desempeñar un papel en el avance de la precisión del cronometraje.
La fiabilidad de un escape depende de la calidad de la mano de obra y del nivel de mantenimiento brindado. Un escape mal construido o mal mantenido causará problemas. El escape debe convertir con precisión las oscilaciones del péndulo o del volante en rotación del reloj o del tren de engranajes del reloj, y debe entregar suficiente energía al péndulo o al volante para mantener su oscilación.
En muchos escapes, el desbloqueo del escape implica un movimiento deslizante; por ejemplo, en la animación que se muestra arriba, las paletas del anclaje se deslizan contra los dientes de la rueda de escape mientras el péndulo oscila. Los palets suelen estar fabricados de materiales muy duros como piedra pulida (por ejemplo, rubí artificial), pero aun así normalmente requieren lubricación. Dado que el aceite lubricante se degrada con el tiempo debido a la evaporación, el polvo, la oxidación, etc., es necesaria una relubricación periódica. Si no se hace esto, el reloj puede funcionar de forma poco fiable o detenerse por completo, y los componentes del escape pueden sufrir un desgaste rápido. La mayor fiabilidad de los relojes modernos se debe principalmente a los aceites de mayor calidad utilizados para la lubricación. La vida útil de los lubricantes puede ser superior a cinco años en un reloj de alta calidad.
Algunos escapes evitan la fricción por deslizamiento; Los ejemplos incluyen el escape de saltamontes de John Harrison en el siglo XVIII. Esto puede evitar la necesidad de lubricación en el escape (aunque no elimina la necesidad de lubricación de otras partes del tren de engranajes).
La precisión de un reloj mecánico depende de la precisión del cronómetro. Si se trata de un péndulo, entonces el período de oscilación del péndulo determina la precisión. Si la varilla del péndulo está hecha de metal, se expandirá y contraerá con el calor, alargando o acortando el péndulo; esto cambia el tiempo necesario para realizar un swing. En los costosos relojes de péndulo se utilizan aleaciones especiales para minimizar esta distorsión. Los grados de arco que puede oscilar un péndulo varían; Los relojes de péndulo de alta precisión tienen arcos muy pequeños para minimizar el error circular .
Los relojes de péndulo pueden lograr una precisión excepcional. Incluso en el siglo XX, los relojes de péndulo eran piezas de referencia en los laboratorios.
Los escapes también juegan un papel importante en la precisión. El punto preciso en el recorrido del péndulo en el que se suministra el impulso afectará la precisión con la que oscilará el péndulo. Idealmente, el impulso debería distribuirse uniformemente a ambos lados del punto más bajo de la oscilación del péndulo. A esto se le llama "estar al ritmo". Esto se debe a que empujar un péndulo cuando se mueve hacia la mitad de su oscilación lo hace ganar, mientras que empujarlo mientras se aleja de la mitad de su oscilación lo hace perder. Si el impulso se distribuye uniformemente, le da energía al péndulo sin cambiar el tiempo de su oscilación. [26]
El período del péndulo depende ligeramente del tamaño de la oscilación. Si la amplitud cambia de 4° a 3°, el período del péndulo disminuirá aproximadamente un 0,013 por ciento, lo que se traduce en una ganancia de aproximadamente 12 segundos por día. Esto se debe a que la fuerza restauradora sobre el péndulo es circular y no lineal; por lo tanto, el período del péndulo es sólo aproximadamente lineal en el régimen de aproximación de ángulo pequeño . Para ser independiente del tiempo, el camino debe ser cicloidal . Para minimizar el efecto de amplitud, las oscilaciones del péndulo se mantienen lo más pequeñas posible.
Es importante señalar que, por regla general, cualquiera que sea el método de impulso, la acción del escape debe tener el menor efecto posible sobre el oscilador, ya sea un péndulo o el volante de un reloj. Este efecto, que todos los escapes tienen en mayor o menor medida, se conoce como error de escape .
Cualquier escape con fricción deslizante necesitará lubricación, pero a medida que ésta se deteriore, la fricción aumentará y, tal vez, no se transferirá suficiente potencia al dispositivo de sincronización. Si el dispositivo de cronometraje es un péndulo, el aumento de las fuerzas de fricción disminuirá el factor Q , aumentando la banda de resonancia y disminuyendo su precisión. Para los relojes accionados por resorte, la fuerza de impulso aplicada por el resorte cambia a medida que se desenrolla el resorte, siguiendo la ley de Hooke . Para los relojes impulsados por gravedad, la fuerza de impulso también aumenta a medida que cae el peso impulsor y más cadena suspende el peso del tren de engranajes; En la práctica, sin embargo, este efecto sólo se observa en grandes relojes públicos y puede evitarse mediante una cadena de circuito cerrado.
Los relojes y los relojes más pequeños no utilizan péndulos como dispositivo de cronometraje. En su lugar, utilizan un resorte de equilibrio : un resorte fino conectado a un volante de metal que oscila (gira hacia adelante y hacia atrás). La mayoría de los relojes mecánicos modernos tienen una frecuencia de trabajo de 3 a 4 Hz (oscilaciones por segundo) o de 6 a 8 latidos por segundo (21 600 a 28 800 latidos por hora; bph). En algunos relojes se utilizan velocidades más rápidas o más lentas (33.600 bph o 19.800 bph). La frecuencia de trabajo depende de la rigidez del espiral ( constante del resorte ); Para mantener el tiempo, la rigidez no debe variar con la temperatura. En consecuencia, los resortes de espiral utilizan aleaciones sofisticadas; En este ámbito, la relojería sigue avanzando. Al igual que con el péndulo, el escape debe proporcionar una pequeña patada en cada ciclo para mantener el volante oscilando. Además, el mismo problema de lubricación ocurre con el tiempo; El reloj perderá precisión (normalmente se acelerará) cuando la lubricación del escape empiece a fallar. [ cita necesaria ]
Los relojes de bolsillo fueron los predecesores de los relojes de pulsera modernos. Los relojes de bolsillo, al estar en el bolsillo, solían estar en orientación vertical. La gravedad provoca cierta pérdida de precisión, ya que magnifica con el tiempo cualquier falta de simetría en el peso de la balanza. El tourbillon se inventó para minimizar esto: el volante y el resorte se colocan en una jaula que gira (típicamente, pero no necesariamente, una vez por minuto), suavizando las distorsiones gravitacionales. Este mecanismo de relojería muy inteligente y sofisticado es una complicación preciada en los relojes de pulsera, aunque el movimiento natural del usuario tiende de todos modos a suavizar las influencias gravitacionales.
El reloj mecánico más preciso producido comercialmente fue el reloj electromecánico de péndulo libre sincrónico de Shortt inventado por WH Shortt en 1921, que tenía una incertidumbre de aproximadamente 1 segundo por año. [27] [28] El reloj mecánico más preciso hasta la fecha es probablemente el reloj electromecánico Littlemore, construido por el destacado arqueólogo ET Hall en la década de 1990. En el artículo de Hall, [29] informa una incertidumbre de 3 partes en 10 9 medida durante 100 días (una incertidumbre de aproximadamente 0,02 segundos durante ese período). Ambos relojes son relojes electromecánicos : utilizan un péndulo como elemento de cronometraje, pero energía eléctrica en lugar de un tren de engranajes mecánico para suministrar energía al péndulo.
Desde 1658, cuando la introducción del péndulo y la espiral hicieron posible la creación de relojes precisos, se ha estimado que se han ideado más de trescientos escapes mecánicos diferentes, pero sólo unos diez han tenido un uso generalizado. [30] Estos se describen a continuación. En el siglo XX, los métodos eléctricos de cronometraje reemplazaron a los relojes mecánicos, por lo que el diseño de escapes se convirtió en una curiosidad poco conocida.
El escape mecánico más antiguo (aproximadamente 1275) [ cita necesaria ] fue el escape de borde , también conocido como escape de corona. Se utilizó en los primeros relojes mecánicos y originalmente estaba controlado por un foliot , una barra horizontal con pesas en cada extremo. El escape consiste en una rueda de escape con forma de corona, con dientes puntiagudos que sobresalen axialmente del costado, orientados horizontalmente. Delante de la rueda de corona hay un eje vertical, unido al foliot en la parte superior, y que lleva dos placas de metal (paletas) que sobresalen como banderas de un asta de bandera, orientadas a unos noventa grados de distancia, de modo que solo una se acopla a la rueda de corona. dientes a la vez. A medida que la rueda gira, un diente empuja contra la paleta superior, haciendo girar el eje y el foliot adjunto. A medida que el diente pasa por la paleta superior, la paleta inferior oscila hacia el camino de los dientes en el otro lado de la rueda. Un diente se engancha en la plataforma inferior, lo que hace girar el eje hacia el otro lado y el ciclo se repite. Una desventaja del escape era que cada vez que un diente aterriza sobre una plataforma, el impulso del foliot empuja la rueda de corona hacia atrás una corta distancia antes de que la fuerza de la rueda invierta el movimiento. Esto se llama " retroceso " y era una fuente de desgaste e imprecisión.
El borde fue el único escape utilizado en relojes durante 350 años. En los relojes accionados por resorte, se necesitaba un fusible para igualar la fuerza del resorte real . Se utilizó en los primeros relojes de péndulo durante unos 50 años después de que se inventara el reloj de péndulo en 1656. En un reloj de péndulo, la rueda de corona y el asta estaban orientados de manera que quedaran horizontales, y el péndulo colgaba del asta. Sin embargo, el borde es el más inexacto de los escapes comunes, y después de que se introdujo el péndulo en la década de 1650, el borde comenzó a ser reemplazado por otros escapes, siendo abandonado sólo a finales del siglo XIX. En aquella época, la moda de los relojes finos exigía que la rueda de escape fuera muy pequeña, lo que amplificaba los efectos del desgaste, y cuando hoy en día se le da cuerda a un reloj de esta época, a menudo se descubre que funciona muy rápido, ganando muchos horas al día.
Jost Bürgi inventó el escape en cruz en 1584, una variación del escape de borde que tenía dos foliots que giraban en direcciones opuestas. [31] Según relatos contemporáneos, sus relojes alcanzaron una precisión notable de un minuto por día, [31] dos órdenes de magnitud mejor que otros relojes de la época. Sin embargo, esta mejora probablemente no se debió al escape en sí, sino a una mejor mano de obra y a su invención del remontoire , un dispositivo que aislaba el escape de los cambios en la fuerza motriz. [31] Sin un resorte de equilibrio, el compás cruzado no habría sido más isócrono que el borde. [31]
El escape de Galileo es un diseño para el escape de un reloj, inventado alrededor de 1637 por el científico italiano Galileo Galilei (1564 - 1642). Fue el primer diseño de reloj de péndulo . Como ya era ciego, Galileo describió el dispositivo a su hijo , quien lo dibujó. El hijo comenzó la construcción de un prototipo, pero tanto él como Galileo murieron antes de que estuviera terminado.
Inventado alrededor de 1657 por Robert Hooke , el ancla (ver animación a la derecha) rápidamente reemplazó al borde para convertirse en el escape estándar utilizado en los relojes de péndulo durante el siglo XIX. Su ventaja era que reducía los amplios ángulos de oscilación del péndulo del borde a 3-6°, haciendo que el péndulo fuera casi isócrono y permitiendo el uso de péndulos más largos y de movimiento más lento, que consumían menos energía. El ancla es responsable de la forma larga y estrecha de la mayoría de los relojes de péndulo y del desarrollo del reloj de pie , el primer reloj de ancla que se vendió comercialmente, que fue inventado alrededor de 1680 por William Clement, quien disputó el crédito por el escape con Hooke. El escape aumentó la precisión de los relojes de péndulo hasta tal punto que a finales del siglo XVII se añadió el minutero a la esfera del reloj (antes de esto, los relojes solo tenían una manecilla de las horas).
El ancla consiste en una rueda de escape con dientes puntiagudos e inclinados hacia atrás, y una pieza en forma de "ancla" que gira sobre ella y que se balancea de lado a lado, unida al péndulo. El ancla tiene paletas inclinadas en los brazos que se enganchan alternativamente en los dientes de la rueda de escape y reciben impulsos. Mecánicamente, su funcionamiento tiene similitudes con el escape de borde y tiene dos de las desventajas del borde: (1) El péndulo es empujado constantemente por un diente de rueda de escape durante todo su ciclo y nunca se le permite oscilar libremente, lo que altera su isocronismo. y (2) es un escape de retroceso ; el ancla empuja la rueda de escape hacia atrás durante parte de su ciclo. Esto provoca contragolpe , mayor desgaste de los engranajes del reloj e imprecisión. Estos problemas se eliminaron con el escape muerto , que poco a poco reemplazó al ancla en los relojes de precisión.
El escape Graham o muerto fue una mejora del escape de ancla fabricado por primera vez por Thomas Tompion según un diseño de Richard Towneley en 1675 [33] [34] [35] aunque a menudo se le atribuye al sucesor de Tompion, George Graham , quien lo popularizó en 1715. [36] En el escape del ancla, la oscilación del péndulo empuja la rueda de escape hacia atrás durante parte de su ciclo. Este "retroceso" perturba el movimiento del péndulo, provocando imprecisión, e invierte la dirección del tren de engranajes, provocando un juego e introduciendo altas cargas en el sistema, lo que provoca fricción y desgaste. La principal ventaja del deadbeat es que elimina el retroceso. [10]
En el caso muerto, las paletas tienen una segunda cara curva de "bloqueo", concéntrica con respecto al pivote sobre el que gira el ancla. Durante los extremos de la oscilación del péndulo, el diente de la rueda de escape descansa contra esta cara de bloqueo, sin proporcionar ningún impulso al péndulo, lo que evita el retroceso. Cerca de la parte inferior de la oscilación del péndulo, el diente se desliza fuera de la cara de bloqueo hacia la cara de "impulso" en ángulo, dándole un empujón al péndulo, antes de que la paleta suelte el diente. El reloj muerto se utilizó por primera vez en relojes reguladores de precisión, pero debido a su mayor precisión reemplazó al ancla en el siglo XIX. Se utiliza en casi todos los relojes de péndulo modernos [26], excepto en los relojes de torre, que suelen utilizar escapes de gravedad.
Inventada alrededor de 1741 por Louis Amant, esta versión de un escape inútil puede hacerse bastante resistente. En lugar de utilizar dientes, la rueda de escape tiene pasadores redondos que se detienen y se liberan mediante un ancla en forma de tijera. Este escape, también llamado escape de Amant o (en Alemania) escape de Mannhardt , se utiliza con bastante frecuencia en los relojes de torre. [ cita necesaria ]
El retén o escape de cronómetro se utilizó en los cronómetros marinos , aunque algunos relojes de precisión durante los siglos XVIII y XIX también lo utilizaron. [37] Se consideraba el más preciso de los escapes de volante antes de principios del siglo XX, cuando los cronómetros de escape de palanca comenzaron a superarlos en competencia. [38] La primera forma fue inventada por Pierre Le Roy en 1748, quien creó un tipo de escape con retén pivotante, aunque teóricamente era deficiente. [39] [40] [41] El primer diseño eficaz de escape con retén fue inventado por John Arnold alrededor de 1775, pero con el retén girado. Este escape fue modificado por Thomas Earnshaw en 1780 y patentado por Wright (para quien trabajó) en 1783; sin embargo, como se muestra en la patente, era inviable. Arnold también diseñó un escape con retén de resorte pero, con un diseño mejorado, la versión de Earnshaw finalmente prevaleció ya que la idea básica sufrió varias modificaciones menores durante la última década del siglo XVIII. La forma final apareció alrededor de 1800, y este diseño se utilizó hasta que los cronómetros mecánicos quedaron obsoletos en la década de 1970.
El retén es un escape separado; permite que el volante oscile sin ser molestado durante la mayor parte de su ciclo, excepto el breve período de impulso, que sólo se da una vez por ciclo (cada dos oscilaciones). [39] Debido a que el diente de la rueda de escape motriz se mueve casi paralelo a la plataforma, el escape tiene poca fricción y no necesita lubricación. Por estas razones, entre otras, el fiador se consideraba el escape más preciso para los relojes de volante. [42] John Arnold fue el primero en utilizar el escape de retén con un resorte de espiral sobreenrollado (patentado en 1782), y con esta mejora sus relojes fueron los primeros cronometradores de bolsillo verdaderamente precisos, manteniendo el tiempo dentro de 1 o 2 segundos por día. Estos se produjeron a partir de 1783.
Sin embargo, el escape tenía desventajas que limitaban su uso en relojes: era frágil y requería un mantenimiento especializado; no se ponía en marcha automáticamente, por lo que si el reloj se sacudía durante el uso y el volante se detenía, no se ponía en marcha de nuevo; y era más difícil fabricarlo en volumen. Por lo tanto, el escape de palanca de arranque automático se volvió dominante en los relojes.
El escape horizontal o cilíndrico, inventado por Thomas Tompion en 1695 [43] y perfeccionado por George Graham en 1726, [44] fue uno de los escapes que reemplazó al escape de borde en los relojes de bolsillo después de 1700. Una atracción importante fue que era mucho más delgado. que el borde, lo que permite fabricar relojes delgados y a la moda. Los relojeros descubrieron que sufría un desgaste excesivo, por lo que no se usó mucho durante el siglo XVIII, excepto en algunos relojes de alta gama con cilindros hechos de rubí . Los franceses resolvieron este problema fabricando el cilindro y la rueda de escape de acero endurecido, [43] y el escape se utilizó en grandes cantidades en relojes de bolsillo y pequeños relojes franceses y suizos económicos desde mediados del siglo XIX hasta el siglo XX.
En lugar de paletas, el escape utiliza un cilindro recortado en el eje del volante, en el que los dientes del escape entran uno por uno. [43] [44] Cada diente en forma de cuña impulsa el volante presionando el borde del cilindro cuando entra, se mantiene dentro del cilindro cuando gira e impulsa la rueda nuevamente cuando sale por el otro lado. La rueda solía tener 15 dientes e impulsaba la balanza en un ángulo de 20° a 40° en cada dirección. [43] Es un escape de descanso por fricción, con los dientes en contacto con el cilindro durante todo el ciclo del volante, por lo que no era tan preciso como los escapes "separados" como la palanca, y las altas fuerzas de fricción causaron un desgaste excesivo y requirieron limpieza más frecuente. [44]
El escape de reloj dúplex fue inventado por Robert Hooke alrededor de 1700, mejorado por Jean Baptiste Dutertre y Pierre Le Roy , y Thomas Tyrer le dio forma final, quien lo patentó en 1782. [45] Las primeras formas tenían dos ruedas de escape. El escape dúplex era difícil de fabricar, pero lograba una precisión mucho mayor que el escape cilíndrico, podía igualar la del escape de palanca (primero) y, cuando se hacía con cuidado, era casi tan bueno como un escape con retén . [45] [46] [47] Se utilizó en relojes de bolsillo ingleses de calidad aproximadamente entre 1790 y 1860, [48] [49] [50] y en el Waterbury, un reloj estadounidense barato para "todos", durante 1880-1898. [51] [52]
En el dúplex, como en el escape del cronómetro al que tiene similitudes, el volante sólo recibe un impulso durante una de las dos oscilaciones de su ciclo.[48] La rueda de escape tiene dos juegos de dientes (de ahí el nombre "dúplex"); los dientes de bloqueo largos sobresalen del costado de la rueda y los dientes de impulso cortos sobresalen axialmente desde la parte superior. El ciclo comienza con un diente de bloqueo apoyado contra el disco de rubí. A medida que el volante gira en sentido antihorario a través de su posición central, la muesca en el disco de rubí libera el diente. A medida que gira la rueda de escape, el palet se encuentra en la posición justa para recibir el empuje de un diente de impulso. Luego, el siguiente diente de bloqueo cae sobre el rodillo de rubí y permanece allí mientras el volante completa su ciclo y gira hacia atrás en el sentido de las agujas del reloj (CW), y el proceso se repite. Durante el giro en sentido horario, el diente de impulso vuelve a caer momentáneamente en la muesca del rodillo de rubí, pero no se suelta.
El dúplex es técnicamente un escape de descanso por fricción ; el diente que descansa contra el rodillo agrega algo de fricción al volante durante su oscilación [48] [53] pero esto es mínimo. Al igual que en el cronómetro, hay poca fricción por deslizamiento durante el impulso, ya que la paleta y el diente de impulso se mueven casi en paralelo, por lo que se necesita poca lubricación.[54] Sin embargo, perdió el favor de la palanca; sus estrictas tolerancias y sensibilidad a los golpes hacían que los relojes dúplex no fueran adecuados para personas activas. Al igual que el cronómetro, no se pone en marcha automáticamente y es vulnerable al "ajuste"; Si una sacudida repentina detiene la balanza durante su oscilación en sentido horario, no podrá volver a funcionar.
El escape de palanca , inventado por Thomas Mudge en 1750, se utiliza en la gran mayoría de relojes desde el siglo XIX. Sus ventajas son (1) es un escape "independiente"; a diferencia del cilindro o los escapes dúplex, el volante solo está en contacto con la palanca durante el corto período de impulso cuando oscila a través de su posición central y oscila libremente el resto de su ciclo, lo que aumenta la precisión, y (2) es un sistema de arranque automático. escape, por lo que si se sacude el reloj de modo que el volante se detenga, automáticamente se pondrá en marcha de nuevo. La forma original era el escape de palanca de cremallera, en el que la palanca y el volante estaban siempre en contacto a través de una cremallera en la palanca. Más tarde, se descubrió que se podían quitar todos los dientes de los engranajes excepto uno, y esto creó el escape de palanca desprendido. Los relojeros británicos utilizaban la palanca inglesa separada, en la que la palanca estaba en ángulo recto con respecto al volante. Posteriormente, los fabricantes suizos y estadounidenses utilizaron la palanca en línea, en la que la palanca está alineada entre el volante y la rueda de escape; esta es la forma utilizada en los relojes modernos. En 1798, Louis Perron inventó una forma económica y menos precisa llamada escape de paleta , que se usó en " relojes de dólar " baratos a principios del siglo XX y todavía se usa en despertadores y cronómetros de cocina baratos. [55]
Un escape mecánico poco común pero interesante es el escape tipo saltamontes de John Harrison , inventado en 1722. En este escape, el péndulo es impulsado por dos brazos articulados (paletas). Cuando el péndulo oscila, el extremo de un brazo se engancha en la rueda de escape y la empuja ligeramente hacia atrás; esto libera el otro brazo que se aparta para permitir el paso de la rueda de escape. Cuando el péndulo vuelve a oscilar hacia atrás, el otro brazo atrapa la rueda, la empuja hacia atrás y libera el primer brazo, y así sucesivamente. El escape de saltamontes se ha utilizado en muy pocos relojes desde la época de Harrison. Los escapes Grasshopper fabricados por Harrison en el siglo XVIII todavía están en funcionamiento. La mayoría de los escapes se desgastan mucho más rápidamente y desperdician mucha más energía. Sin embargo, al igual que otros escapes tempranos, el saltamontes impulsa el péndulo a lo largo de su ciclo; nunca se le permite oscilar libremente, lo que provoca errores debido a variaciones en la fuerza motriz, [56] y los relojeros del siglo XIX lo encontraron poco competitivo con escapes más separados como el deadbeat. [57] [56] Sin embargo, con suficiente cuidado en la construcción, es capaz de lograr precisión. Un moderno reloj experimental tipo saltamontes, el Burgess Clock B, tuvo un error medido de sólo 5 ⁄ 8 de segundo durante 100 días de funcionamiento. [58] Después de dos años de funcionamiento, tenía un error de sólo ±0,5 segundos, después de la corrección barométrica. [59] [60]
Un escape de gravedad utiliza un peso pequeño o un resorte débil para dar un impulso directamente al péndulo. La forma más antigua consistía en dos brazos que giraban muy cerca del resorte de suspensión del péndulo con un brazo a cada lado del péndulo. Cada brazo llevaba una pequeña plataforma muerta con un plano en ángulo que conducía a ella. Cuando el péndulo levantaba un brazo lo suficiente, su plataforma liberaba la rueda de escape. Casi de inmediato, otro diente de la rueda de escape comenzaría a deslizarse hacia arriba por la cara angular del otro brazo, levantándolo así. Llegaría al palé y se detendría. Mientras tanto, el otro brazo todavía estaba en contacto con el péndulo y descendía nuevamente a un punto más bajo que el que había comenzado. Este descenso del brazo proporciona el impulso al péndulo. El diseño se desarrolló de manera constante desde mediados del siglo XVIII hasta mediados del siglo XIX. Con el tiempo se convirtió en el escape elegido para los relojes de torreta , porque sus trenes de ruedas están sujetos a grandes variaciones en la fuerza motriz causadas por las grandes manecillas exteriores, con sus diferentes cargas de viento, nieve y hielo. Dado que en un escape por gravedad la fuerza motriz del tren de ruedas no impulsa por sí misma el péndulo sino que simplemente restablece los pesos que proporcionan el impulso, el escape no se ve afectado por las variaciones en la fuerza motriz.
El 'Escape por gravedad doble de tres patas' que se muestra aquí es una forma de escape ideada por primera vez por un abogado llamado Bloxam y posteriormente mejorada por Lord Grimthorpe . Es el estándar para todos los relojes 'Torre' precisos.
En la animación que se muestra aquí, los dos "brazos de gravedad" están coloreados en azul y rojo. Las dos ruedas de escape de tres patas también son de color azul y rojo. Trabajan en dos planos paralelos de modo que la rueda azul solo impacta el bloque de bloqueo del brazo azul y la rueda roja solo impacta el brazo rojo. En un escape real, estos impactos provocan "ticks" audibles y fuertes, indicados por la aparición de un * al lado de los bloques de bloqueo. Los tres pasadores de elevación negros son clave para el funcionamiento del escape. Hacen que los brazos de gravedad ponderados se eleven en la cantidad indicada por el par de líneas paralelas a cada lado del escape. Esta ganancia de energía potencial es la energía dada al péndulo en cada ciclo. En el reloj del Trinity College de Cambridge se eleva una masa de unos 50 gramos 3 mm cada 1,5 segundos, lo que equivale a 1 mW de potencia. La potencia motriz del peso que cae es de aproximadamente 12 mW, por lo que se utiliza un exceso sustancial de potencia para impulsar el escape. Gran parte de esta energía se disipa en la aceleración y desaceleración de la "mosca" de fricción unida a las ruedas de escape.
El gran reloj de la Torre Elizabeth de Westminster que hace sonar el Big Ben de Londres utiliza un escape de gravedad doble de tres patas.
Inventado alrededor de 1974 [61] y patentado en 1980 [62] por el relojero británico George Daniels , el escape coaxial es uno de los pocos escapes de reloj nuevos adoptados comercialmente en los tiempos modernos.
Podría considerarse [ ¿ según quién? ] por tener sus orígenes lejanos en el escape inventado por Robert Robin, C.1792, que da un único impulso en una dirección; con el bloqueo logrado mediante paletas de palanca pasiva, [63] el diseño del escape coaxial es más parecido al de otra variante de Robin, el escape Fasoldt, que fue inventado y patentado por el estadounidense Charles Fasoldt en 1859. [64] [65 ] [66] Tanto el escape de Robin como el de Fasoldt dan impulso en una sola dirección. Este último escape tiene una palanca con caídas desiguales; éste engrana con dos ruedas de escape de diferentes diámetros. La rueda de impulso más pequeña actúa sobre el palet único al final de la palanca, mientras que las paletas de palanca puntiaguda se bloquean en la rueda más grande. La balanza se acopla y es impulsada por la palanca a través de un pasador de rodillo y una horquilla de palanca. El palet de "anclaje" de palanca bloquea la rueda más grande y, al desbloquearse, un palet situado en el extremo de la palanca recibe un impulso de la rueda más pequeña a través de la horquilla de la palanca. La carrera de retorno está "muerta", y las paletas de "anclaje" sirven sólo para bloquear y desbloquear, y el impulso se da en una dirección a través de la paleta de una sola palanca. Al igual que en el dúplex, la rueda de bloqueo es más grande para reducir la presión y, por tanto, la fricción.
El escape Daniels, sin embargo, logra un doble impulso con palancas pasivas que sirven únicamente para bloquear y desbloquear la rueda más grande. Por un lado, el impulso se da mediante la rueda más pequeña que actúa sobre la paleta de palanca a través del rodillo y el pasador de impulso. Al regresar, la palanca desbloquea nuevamente la rueda más grande, que envía un impulso directamente a un rodillo de impulso situado en la balanza.
La principal ventaja es que esto permite que ambos impulsos ocurran en o alrededor de la línea central, con fricción desenganchada en ambas direcciones. [ cita necesaria ] Este modo de impulso es, en teoría, superior al escape de palanca, que tiene una fricción atractiva en la paleta de entrada. Durante mucho tiempo se reconoció que esto tenía una influencia perturbadora sobre el isocronismo del equilibrio. [67] [68]
Los compradores ya no compran relojes mecánicos principalmente por su precisión, por lo que los fabricantes tenían poco interés en invertir en las herramientas necesarias, aunque finalmente Omega lo adoptó en 1990. [68]
Dado que se puede lograr una precisión mucho mayor que la de cualquier reloj mecánico con relojes de cuarzo de bajo costo , los diseños de escape mejorados ya no están motivados por necesidades prácticas de cronometraje sino como novedades en el mercado de relojes de alta gama. En un esfuerzo por atraer publicidad, en las últimas décadas algunos fabricantes de relojes mecánicos de alta gama han introducido nuevos escapes. Ninguno de estos ha sido adoptado por ningún relojero más allá de su creador original.
Basado en las patentes presentadas inicialmente por Rolex en nombre del inventor Nicolas Déhon, [69] el escape constante fue desarrollado por Girard-Perregaux como prototipos funcionales en 2008 (Nicolas Déhon era entonces jefe del departamento de I+D de Girard-Perregaux) y en relojes en 2013.
El componente clave de este escape es una hoja de silicona que almacena energía elástica. Esta pala se flexiona hasta un punto cercano a su estado inestable y se suelta con un chasquido en cada movimiento del volante para darle un impulso a la rueda, después de lo cual el tren de ruedas la amartilla nuevamente. La ventaja reivindicada es que, dado que la pala imparte la misma cantidad de energía a la rueda en cada lanzamiento, el volante queda aislado de las variaciones en la fuerza de impulso debidas al tren de ruedas y al resorte real que provocan imprecisiones en los escapes convencionales.
Parmigiani Fleurier con su escape Genequand y Ulysse Nardin con su escape Ulysse Anchor han aprovechado las propiedades de los resortes planos de silicio. El relojero independiente De Bethune ha desarrollado un concepto en el que un imán hace vibrar un resonador a alta frecuencia, sustituyendo al tradicional espiral . [70]
A finales del siglo XIX se desarrollaron escapes electromecánicos para relojes de péndulo. En estos, un interruptor o fototubo energizaba un electroimán durante una breve sección de la oscilación del péndulo. En algunos relojes, el pulso de electricidad que impulsaba el péndulo también impulsaba un émbolo para mover el tren de engranajes.
En 1843, Matthäus Hipp mencionó por primera vez un reloj puramente mecánico accionado por un interruptor llamado "echappement à Palette". [71] Una versión variada de ese escape se ha utilizado desde la década de 1860 dentro de los relojes de péndulo accionados eléctricamente, el llamado "hipp-toggle". [72] Desde la década de 1870, en una versión mejorada, el péndulo impulsaba una rueda de trinquete a través de un trinquete en la varilla del péndulo, y la rueda de trinquete impulsaba el resto del tren del reloj para indicar la hora. El péndulo no era impulsado en cada oscilación ni siquiera en un intervalo de tiempo determinado. Sólo fue impulsado cuando su arco de oscilación había decaído por debajo de cierto nivel. Además del trinquete de conteo, el péndulo llevaba una pequeña paleta, conocida como palanca de Hipp, que giraba en la parte superior y que podía oscilar con total libertad. Se colocó de manera que se arrastrara a través de un bloque triangular pulido con una ranura en V en la parte superior. Cuando el arco de oscilación del péndulo fue lo suficientemente grande, la paleta cruzó la ranura y giró libremente hacia el otro lado. Si el arco era demasiado pequeño, la paleta nunca salía del otro lado de la ranura y, cuando el péndulo retrocedía, empujaba fuertemente el bloque hacia abajo. El bloque llevaba un contacto que completaba el circuito hasta el electroimán que impulsaba el péndulo. El péndulo sólo era impulsado según era necesario.
Este tipo de reloj se utilizaba mucho como reloj maestro en grandes edificios para controlar numerosos relojes esclavos. La mayoría de las centrales telefónicas utilizaban un reloj de este tipo para controlar eventos cronometrados, como los necesarios para controlar la configuración y el cobro de llamadas telefónicas, mediante la emisión de pulsos de diferentes duraciones, como cada segundo, seis segundos, etc.
Diseñado en 1895 por Frank Hope-Jones , el interruptor sincronizado y el escape por gravedad fueron la base de la mayoría de sus relojes en el siglo XX. [73] Y también la base del péndulo esclavo en el reloj de péndulo libre de sincronismo corto. [74] Un brazo de recolección unido al péndulo mueve una rueda de conteo de 15 dientes en una posición, con un trinquete que impide el movimiento en la dirección inversa. La rueda tiene una paleta adjunta que, una vez por giro de 30 segundos, libera el brazo de gravedad. Cuando el brazo de gravedad cae, empuja contra una plataforma unida directamente al péndulo, dándole un empujón. Una vez que el brazo ha caído, realiza un contacto eléctrico que activa un electroimán para restablecer el brazo de gravedad y actúa como impulso de medio minuto para los relojes esclavos. [75]
En el siglo XX, el relojero inglés William Hamilton Shortt inventó un reloj de péndulo libre, patentado en septiembre de 1921 y fabricado por la Synchronome Company, con una precisión de una centésima de segundo al día. En este sistema, el péndulo "maestro" del cronometraje, cuya varilla está hecha de una aleación especial de acero con un 36% de níquel llamada Invar , cuya longitud cambia muy poco con la temperatura, oscila lo más libre posible de influencias externas sellada en una cámara de vacío y no realiza ningún trabajo. . Está en contacto mecánico con su escape sólo una fracción de segundo cada 30 segundos. Un péndulo "esclavo" secundario hace girar un trinquete, que activa un electroimán un poco menos de cada treinta segundos. Este electroimán libera una palanca de gravedad sobre el escape sobre el péndulo maestro. Una fracción de segundo después (pero exactamente cada 30 segundos), el movimiento del péndulo maestro libera la palanca de gravedad para que caiga más. En el proceso, la palanca de gravedad da un pequeño impulso al péndulo maestro, que lo mantiene oscilando. La palanca de gravedad cae sobre un par de contactos, completando un circuito que hace varias cosas:
Dado que es el péndulo esclavo el que libera la palanca de gravedad, esta sincronización es vital para el funcionamiento del reloj. El mecanismo de sincronización utilizaba un pequeño resorte unido al eje del péndulo esclavo y una armadura electromagnética que atraparía el resorte si el péndulo esclavo se retrasaba ligeramente, acortando así el período del péndulo esclavo para una oscilación. El péndulo esclavo se ajustó para que funcionara ligeramente lento, de modo que aproximadamente cada dos pulsos de sincronización el resorte fuera atrapado por la armadura. [76]
Esta forma de reloj se convirtió en un estándar para su uso en los observatorios (se fabricaron aproximadamente 100 relojes de este tipo [77] ) y fue el primer reloj capaz de detectar pequeñas variaciones en la velocidad de rotación de la Tierra.
escape del cilindro.
El escape dúplex....
