Un resorte principal es un resorte de torsión en espiral de cinta metálica, comúnmente acero para resortes , que se usa como fuente de energía en relojes mecánicos , algunos relojes de pared y otros mecanismos de relojería . Al dar cuerda al reloj, girando una perilla o llave, se almacena energía en el resorte principal al torcer la espiral con más fuerza. La fuerza del resorte principal hace girar las ruedas del reloj a medida que se desenrolla, hasta que se necesita la siguiente cuerda. Los adjetivos " de cuerda" y "de 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 .
Un resorte de reloj moderno es una tira larga de acero endurecido y pavonado, o aleación de acero especializada, de 20 a 30 cm de largo y 0,05 a 0,2 mm de espesor. El resorte principal en el 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 en dar cuerda al reloj. Este es el estándar normal para relojes de cuerda manual y automáticos . Los movimientos de 8 días, utilizados en relojes destinados a ser enrollados semanalmente, proporcionan energía durante al menos 192 horas, pero utilizan resortes principales más largos y barriletes más grandes . Los resortes principales de los relojes son similares a los resortes de los relojes, solo que más grandes.
Desde 1945, las aleaciones de acero al carbono han sido sustituidas 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 pavonado), estos son inoxidables y tienen un límite elástico más alto . Están menos sujetos a la flexión permanente (cansancio) y casi no hay riesgo de que se rompan. Algunos de ellos también son prácticamente no magnéticos . Las aleaciones patentadas incluyen SPRON fabricado por Seiko y Nivarox de Swatch Group . [1] [2]
En su forma relajada, los resortes reales se fabrican en tres formas distintas:
Los tipos semi-inverso y inverso proporcionan fuerza adicional al final del período de funcionamiento, cuando el resorte está casi sin energía, para mantener el reloj funcionando a un ritmo constante hasta el final.
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 unido a un poste fijo. El resorte se enrolla girando el eje y, después de enrollarlo, su fuerza gira el eje en el otro sentido para hacer funcionar el reloj. La desventaja de esta disposición de resorte abierto es que mientras se está enrollando el resorte principal, 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 le 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 que se utiliza en los relojes modernos, llamada barrilete móvil , el resorte principal está enrollado alrededor de un eje y encerrado dentro de una caja cilíndrica llamada barrilete que puede girar libremente. El resorte está unido al eje en su extremo interior y al barrilete en su extremo exterior. Los accesorios son pequeños ganchos o lengüetas, a los que se engancha el resorte mediante orificios cuadrados en sus extremos, de modo que se puede reemplazar fácilmente.
El resorte principal se enrolla al girar el eje, pero impulsa el movimiento del reloj mediante el barrilete; esta disposición permite que el resorte continúe impulsando el reloj mientras se le da cuerda. Al dar cuerda al reloj, gira el eje, que tensa el resorte principal, envolviéndolo más cerca alrededor del eje. El eje tiene un trinquete unido a él, con un clic para evitar que el resorte gire el eje hacia atrás y se desenrolle. Después de darle cuerda, el eje está estacionario y la tracción del resorte principal hace girar el barrilete, 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 barrilete generalmente gira una vez cada 8 horas, por lo que el resorte común de 40 horas requiere 5 vueltas para desenrollarse por completo.
El resorte real contiene mucha energía. Si no se toman precauciones durante el desmontaje, el resorte puede soltarse de repente, lo que puede provocar lesiones graves. Antes de realizar el mantenimiento, los resortes reales se “desenrollan” suavemente tirando del clic hacia atrás mientras se mantiene presionada la llave de cuerda, lo que permite que el resorte se desenrolle lentamente. Sin embargo, incluso en su estado “desenrollado”, los resortes reales contienen una tensión residual peligrosa. Los relojeros utilizan una herramienta llamada “bobinador de resortes reales” para instalarlos y quitarlos de forma segura. Los resortes reales grandes de los relojes se inmovilizan mediante “abrazaderas de resortes reales” antes de quitarlos.
Los primeros relojes accionados por resortes aparecieron en Europa en el siglo XV, sustituyendo a la pesa que colgaba de una cuerda enrollada 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, [3] y muchos de los primeros relojeros también eran cerrajeros. [4] Los resortes se aplicaron a los relojes para hacerlos más pequeños y más portátiles que los relojes accionados por pesas anteriores, evolucionando hasta los primeros relojes de bolsillo en 1600. Muchas fuentes atribuyen erróneamente la invención del resorte real al relojero de Núremberg Peter Henlein (también escrito Henle o Hele) alrededor de 1511. [5] [6] [7] 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 a principios de ese siglo. [3] [8] [9] El reloj más antiguo que se conserva accionado por un resorte es el Burgunderuhr (Reloj de Borgoña), un reloj de cámara dorado y ornamentado, que actualmente se encuentra en el Germanisches Nationalmuseum de Núremberg, cuya iconografía sugiere que fue fabricado alrededor de 1430 para Felipe el Bueno, duque de Borgoña . [3]
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 era famoso por fabricar relojes que funcionaban durante 40 horas entre cada cuerda. Berthoud [10] y Blakey [11] describen los métodos de fabricación de muelles reales del siglo XVIII.
Un problema que se ha presentado a lo largo de la historia de los relojes de pulsera accionados por resorte es que la fuerza ( par de 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 los cambios en la fuerza de accionamiento. Esto era especialmente cierto en el tipo primitivo de verge y foliot utilizado antes de la llegada del espiral en 1657. Por lo tanto, los primeros relojes se ralentizaban durante su período de funcionamiento a medida que se agotaba el resorte principal, lo que provocaba una medición del tiempo inexacta.
Dos soluciones a este problema aparecieron en los primeros relojes de resorte del siglo XV: el de muelle y el de caracol :
El stackfreed era una leva excéntrica montada en el eje del resorte principal, con un rodillo accionado por resorte que presionaba contra ella. 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, lo que proporcionaba una fuerte fuerza de oposición, mientras que más adelante en el período de funcionamiento, cuando la fuerza del resorte principal disminuía, el resorte se apoyaba contra la parte más estrecha de la leva y la fuerza de oposición también disminuía. El stackfreed añadía mucha fricción y probablemente reducía sustancialmente el tiempo de funcionamiento de un reloj; solo se utilizó en algunos relojes alemanes y se abandonó después de aproximadamente un siglo.
El caracol fue una innovación mucho más duradera. Se trataba de una polea en forma de cono que giraba mediante una cadena enrollada alrededor del barrilete del muelle real. Su forma curva cambiaba continuamente la ventaja mecánica del mecanismo para equilibrar la fuerza del muelle real a medida que se agotaba. Los caracoles se convirtieron en el método estándar para obtener un par constante de un muelle real. Se utilizaron en la mayoría de los relojes de pared y de pared accionados por muelle desde su primera aparición hasta el siglo XIX, cuando el barrilete tomó el relevo, y en los cronómetros marinos hasta la década de 1970.
Otro dispositivo temprano que ayudaba a equilibrar la fuerza del resorte era el tope de cuerda , que impedía que el resorte principal se enrollara por completo y 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 era el tope de Ginebra o "cruz de Malta". El tope de cuerda no es necesario en los relojes modernos.
Un cuarto dispositivo utilizado en algunos relojes de precisión era el remontoire . Se trataba de un pequeño resorte secundario o peso que accionaba el escape del reloj y que, a su vez, era rebobinado periódicamente por el resorte principal. Esto aislaba el elemento de cronometraje de la fuerza variable del resorte principal.
El barrilete moderno , inventado en 1760 por Jean-Antoine Lépine , produce una fuerza constante simplemente utilizando un resorte real más largo de lo necesario y enrollándolo bajo tensión en el barrilete. En funcionamiento, solo se utilizan unas pocas vueltas del resorte a la vez, y el resto se presiona contra la pared exterior del barrilete. Matemáticamente, la tensión crea una sección "plana" en la curva de torsión del resorte (ver gráfico) y solo se utiliza esta sección plana. Además, el extremo exterior del resorte a menudo tiene 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 barrilete proporciona un par aproximadamente constante durante el período de funcionamiento diseñado del reloj; el par no disminuye hasta que el resorte real casi se agota.
La tensión incorporada del resorte en el cañón hace que sea peligroso desmontarlo incluso cuando no está enrollado.
Debido a que están sujetos a ciclos de estrés constantes , hasta la década de 1960, los resortes principales generalmente se rompían por fatiga del metal mucho antes que otras partes del reloj. Se consideraban artículos prescindibles. [12] Esto a menudo sucedía al final del proceso de cuerda, cuando el resorte se enrolla lo más fuerte posible alrededor del eje, sin espacio entre las bobinas. Al dar cuerda manualmente, es fácil llegar a este punto inesperadamente y ejercer una presión excesiva sobre el resorte. Otra causa eran los cambios de temperatura. Si un reloj se enrollaba por completo por la tarde y la temperatura bajaba por la noche, sin ninguna holgura entre las bobinas, la contracción térmica del resorte largo podía soltarlo de sus fijaciones en un extremo. En épocas anteriores, los reparadores de relojes notaron que los cambios en el clima traían una oleada de relojes con resortes principales rotos. Los resortes principales rotos fueron la principal causa de reparaciones de relojes hasta la década de 1960. [13] Desde entonces, las mejoras en la metalurgia de resortes mencionadas anteriormente han hecho que los resortes principales rotos sean poco frecuentes.
Incluso si los resortes reales no eran propensos a romperse, demasiada fuerza durante el cuerda causaba otro problema en los primeros relojes, llamado "golpeteo" o "banco". [14] [15] Si quedaba muy poca holgura en el resorte después de darle cuerda ("sobreenrollado"), la presión del último giro de la perilla de cuerda ponía el extremo del resorte bajo una tensión excesiva, que se bloqueaba con el último clic del trinquete. Entonces, 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 en la rueda golpeara contra la parte posterior de los cuernos de la 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" ( juego ), para permitir que el eje gire hacia atrás después de darle cuerda unos dos dientes de trinquete, lo suficiente para eliminar el exceso de tensión.
Alrededor de 1900, cuando los resortes rotos eran un problema mayor, algunos relojes de bolsillo usaban una variación del barrilete móvil llamado barrilete motor o barrilete de seguridad . Los resortes reales generalmente se rompían en su unión al eje, donde las tensiones de flexión son mayores. Cuando el resorte real se rompía, la parte exterior retrocedía y el impulso hacía girar el barrilete en la dirección inversa. Esto aplicaba una gran fuerza al delicado tren de ruedas y al escape , a menudo rompiendo pivotes y joyas.
En el cañón motor, las funciones del eje y del cañón se invertían con respecto al cañón móvil. El resorte principal se enrollaba mediante el cañón y hacía girar el eje para accionar el tren de ruedas. De este modo, si el resorte principal se rompía, el retroceso destructivo del cañón no se aplicaba al tren de ruedas, sino al mecanismo de enrollado, que era lo suficientemente robusto como para soportarlo.
Un mecanismo de seguridad alternativo, que se utilizaba con el cañón en movimiento, era el piñón de seguridad. En este mecanismo, el piñón de la rueda central , que se acoplaba al engranaje del cañón, estaba unido a su eje con una rosca inversa. Si el resorte se rompía, el retroceso inverso del cañón, en lugar de transmitirse al tren de engranajes, simplemente desenroscaba el piñón.
Los relojes se encuentran a menudo parados con el resorte principal completamente enrollado, lo que dio lugar al mito de que darle cuerda al reloj con resorte hasta el final lo daña. [16] Varios problemas pueden causar este tipo de avería, pero nunca se debe a un "rebobinado excesivo", ya que los relojes están diseñados para soportar que se les dé cuerda hasta el final. [16]
Una de las causas del “rebobinado excesivo” es la suciedad. Los mecanismos de los relojes requieren una limpieza y lubricación periódicas, y el resultado normal de no limpiar un reloj es que se detenga cuando se le ha dado cuerda por completo. A medida que el mecanismo del reloj acumula suciedad y el aceite se seca, aumenta la fricción, de modo que el resorte real no tiene la fuerza necesaria para hacer girar el reloj al final de su período de funcionamiento normal, y se detiene prematuramente. Si el propietario continúa dando cuerda y utilizando el reloj sin realizarle mantenimiento, con el tiempo la fuerza de fricción alcanza la parte “plana” de la curva de torsión, y rápidamente se llega a un punto en el que el resorte real no tiene la fuerza necesaria para hacer girar el reloj incluso cuando se le ha dado cuerda por completo, por lo que el reloj se detiene con el resorte real completamente enrollado. El reloj necesita mantenimiento, pero el problema se debe a un mecanismo sucio u otro defecto, no al “rebobinado excesivo”.
Otra causa común de que un reloj se detenga a plena cuerda es que si el reloj se cae, el eje del volante puede romperse y el reloj ya no puede funcionar incluso cuando el resorte principal está completamente enrollado.
Los relojes automáticos , que se introdujeron ampliamente en la década de 1950, utilizan los movimientos naturales de la muñeca para dar cuerda al resorte principal. Una pesa semicircular, que pivota en el centro del reloj, gira con cada movimiento de la muñeca. Un mecanismo de cuerda utiliza rotaciones en ambas direcciones para dar cuerda al resorte principal.
En los relojes automáticos, el movimiento de la muñeca podría continuar dando cuerda al resorte principal hasta que se rompa. Esto se evita con un dispositivo de embrague deslizante . [17] El extremo exterior del resorte principal, en lugar de unirse al barrilete, está unido a un resorte de expansión circular llamado brida que presiona contra la pared interior del barrilete, que tiene estrías o muescas para sujetarlo. Durante el enrollado normal, la brida se sujeta por fricción al barrilete, lo que permite que el resorte principal se enrolle. Cuando el resorte principal alcanza su tensión máxima, su tracción es más fuerte que la brida. Una rotación adicional del eje hace que la brida se deslice a lo largo del barrilete, lo que impide que se siga enrollando. En la terminología de las empresas relojeras, a esto a menudo se lo denomina, de manera engañosa, un "resorte principal irrompible". [ cita requerida ]
Después de décadas de uso, los resortes de los relojes más antiguos se deforman levemente y pierden algo de su fuerza, "cansándose" o "aplastándose". Esta condición se encuentra principalmente en resortes en barriletes. Hace que el tiempo de funcionamiento entre cuerdas disminuya. Durante el mantenimiento, se debe verificar el resorte para ver si está "cansado" y reemplazarlo si es necesario. El Instituto Horológico Británico sugiere estas pruebas: [18]
Algunos relojes de alta gama tienen una esfera adicional en la cara que indica cuánta energía le queda al resorte principal, a menudo graduada en horas que le quedan al reloj para funcionar. Dado que tanto el eje como el barrilete giran, este mecanismo requiere un engranaje diferencial que mide cuánto se ha girado el eje en comparación con el barrilete.
Un resorte real es generalmente un resorte de metal enrollado, sin embargo existen excepciones:
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