Izvorul principal - Mainspring
Un izvor principal este un arc spiralat de torsiune din panglică metalică - de obicei oțel cu arc - utilizat ca sursă de energie în ceasurile mecanice , unele ceasuri și alte mecanisme de ceasornic . Înfășurarea ceasului, prin rotirea unui buton sau a unei chei, stochează energia în izvorul principal prin răsucirea spiralei. Forța arcului principal rotește apoi roțile ceasului în timp ce se desfășoară, până când este necesară următoarea înfășurare. Adjectivele de înfășurare și acționare cu arc se referă la mecanisme alimentate de izvoare principale, care includ, de asemenea , temporizatoare de bucătărie , metronome , cutii de muzică , jucării de înfășurare și radiouri cu ceas .
Izvoarele principale moderne
Un arc modern al ceasului este o bandă lungă de oțel călit și albastru, sau aliaj de oțel specializat, lung de 20-30 cm și grosime de 0,05-0,2 mm. Izvorul din mișcarea obișnuită de 1 zi este calculat pentru a permite ceasului să funcționeze 36 până la 40 de ore, adică 24 de ore între înfășurări zilnice cu o rezervă de putere de 12 până la 16 ore, în cazul în care proprietarul înfășoară târziu ceasul. Acesta este standardul normal pentru ceasurile cu înfășurare manuală, precum și pentru ceasurile cu răsucire automată . Mișcările de 8 zile, utilizate în ceasuri menite să fie înfășurate săptămânal, asigură energie pentru cel puțin 192 de ore, dar folosesc izvoare principale mai lungi și butoaie mai mari . Arcurile principale ale ceasului sunt similare arcurilor de ceas, doar că sunt mai mari.
Din 1945, aliajele de oțel carbon au fost din ce în ce mai înlocuite de aliaje speciale mai noi ( fier , nichel și crom cu adaos de cobalt , molibden sau beriliu ), precum și de aliaje laminate la rece („întărire structurală”). Cunoscute de ceasornicari ca arcuri din „metal alb” (spre deosebire de oțelul carbon albastru), acestea sunt inoxidabile și au o limită elastică mai mare . Acestea sunt mai puțin supuse la îndoire permanentă (devenind „obosite” ) și există cu greu un risc de rupere a acestora. Unele dintre ele sunt, de asemenea, practic nemagnetice .
În forma lor relaxată, izvoarele principale sunt realizate în trei forme distincte:
- Spirale înfășurate : acestea sunt înfășurate în aceeași direcție, într-o spirală simplă.
- Semi-invers : Capătul exterior al arcului este înfășurat în direcția inversă pentru mai puțin de o rotație (mai puțin de 360 °).
- Reverse (rezistent): capătul exterior al arcului este înfășurat în sens invers pentru una sau mai multe spire (depășind 360 °).
Tipurile de semi-inversare și inversare oferă o forță suplimentară la sfârșitul perioadei de funcționare, când arcul este aproape fără energie, pentru a menține ceasul funcționând la o rată constantă până la sfârșit.
Cum funcționează
Izvorul principal este înfășurat în jurul unei osii numite arbor, cu capătul interior agățat de acesta. În multe ceasuri, capătul exterior este atașat la un stâlp staționar. Arcul este înfășurat prin rotirea arborelui și, după înfășurare, forța acestuia întoarce arborul în sens invers. Dezavantajul acestui aranjament cu arc deschis este că, în timp ce arcul principal este înfășurat, forța sa de acționare este îndepărtată din mișcarea ceasului, astfel încât ceasul se poate opri. Acest tip este adesea utilizat pe ceasuri cu alarmă , cutii muzicale și cronometre de bucătărie, unde nu contează dacă mecanismul se oprește în timpul înfășurării. Mecanismul de înfășurare are întotdeauna un clichet atașat, cu un clichet (numit de ceasornicari clic ) pentru a împiedica desfacerea arcului.
În forma utilizată în ceasurile moderne, numită butoi care merge , izvorul principal este înfășurat în jurul unui arbor și închis într-o cutie cilindrică numită butoi care se poate întoarce liber. Arcul este atașat la arbor la capătul său interior și la butoi la capătul său exterior. Accesoriile sunt cârlige sau cleme mici, la care arcul este agățat de găuri pătrate în capetele sale, astfel încât să poată fi înlocuit cu ușurință.
Izvorul principal este înfășurat prin rotirea arborelui, dar conduce mișcarea ceasului de butoi; acest aranjament permite arcului să continue alimentarea ceasului în timp ce este înfășurat. Înfășurarea ceasului întoarce arborele, care strânge izvorul principal, înfășurându-l mai aproape în jurul arborelui. Arborele are atașat un clichet , cu un clic pentru a împiedica arcul să întoarcă arborele înapoi și să se deruleze. După înfășurare, arborele este staționar și tragerea arcului principal întoarce butoiul, care are un inel de dinți dințate în jurul său. Aceasta se plasează cu unul dintre treptele de viteză ale ceasului, de obicei pinionul roții centrale și antrenează trenul roții . Butoiul se rotește de obicei o dată la 8 ore, astfel încât arcul comun de 40 de ore necesită 5 rotații pentru a vă relaxa complet.
Pericole
Izvorul principal conține multă energie. Ceasurile și ceasurile trebuie demontate periodic pentru întreținere și reparații și, dacă nu se iau măsuri de precauție, arcul se poate elibera brusc, provocând răni potențial grave. Arcurile principale sunt „lăsate jos” ușor înainte de întreținere, trăgând clicul înapoi în timp ce țineți apăsată tasta de înfășurare, permițând arcului să se desfacă încet. Cu toate acestea, chiar și în starea lor de „decădere”, izvoarele principale conțin tensiuni reziduale periculoase. Ceasornicarii și ceasornicarii folosesc un instrument numit „bobină principală” pentru a le instala și scoate în siguranță. Izvoarele principale mari din ceasuri sunt imobilizate de „cleme de izolare” înainte de îndepărtare.
Istorie
Arcurile principale au apărut în primele ceasuri cu arc, din Europa secolului al XV-lea. A înlocuit greutatea atârnată de un cablu înfășurat în jurul unei scripete, care a fost sursa de energie utilizată în toate ceasurile mecanice anterioare. În jur de 1400 de arcuri spiralate au început să fie folosite în încuietori, iar mulți ceasornicari timpurii erau, de asemenea, lăcătuși. Arcurile au fost aplicate ceasurilor pentru a le face mai mici și mai portabile decât ceasurile anterioare cu greutate, evoluând în primele ceasuri de buzunar până în 1600. Multe surse cred în mod eronat invenția izvorului către ceasornicarul de la Nürnberg Peter Henlein (scris și Henle sau Hele) în jurul anului 1511. Cu toate acestea, multe referințe din sursele secolului al XV-lea la ceasurile portabile „fără greutăți” și cel puțin două exemple care au supraviețuit, arată că ceasurile acționate de primăvară existau în primii ani ai acelui secol. Cel mai vechi ceas care supraviețuiește alimentat de un izvor principal este Burgunderuhr (Ceasul Burgundiei), un ceas de cameră ornamentat, aurit, în prezent la Germanisches Nationalmuseum din Nürnberg, a cărui iconografie sugerează că a fost realizat în jurul anului 1430 pentru Filip cel Bun, Duce de Burgundia .
Primele arcuri principale au fost realizate din oțel fără procese de călire sau întărire . Nu au alergat foarte mult și au trebuit să fie răniți de două ori pe zi. Henlein a fost remarcat pentru producerea de ceasuri care ar funcționa 40 de ore între înfășurări. Metodele din secolul al XVIII-lea de realizare a izvoarelor principale sunt descrise de Berthoud și Blakey
Forța constantă dintr-un izvor
O problemă de-a lungul istoriei ceasurilor și ceasurilor acționate de arc este că forța ( cuplul ) oferită de un arc nu este constantă, ci se diminuează pe măsură ce arcul se desfășoară (vezi graficul). Cu toate acestea, ceasurile trebuie să ruleze la o rată constantă pentru a menține ora exactă. Mecanismele de cronometrare nu sunt niciodată perfect izocrone , ceea ce înseamnă că rata lor este afectată de modificările forței motrice. Acest lucru a fost valabil mai ales în ceea ce privește tipul primitiv de margine și foliot folosit înainte de apariția arcului de echilibru în 1657. Deci, ceasurile timpurii au încetinit în timpul perioadei lor de funcționare pe măsură ce izvorul principal a fugit, provocând cronometrarea inexactă.
Două soluții la această problemă au apărut în primele ceasuri cu primăvară din secolul al XV-lea; stackfreed și Fusée :
Stackfreed
Stivuitorul era o camă excentrică montată pe arborele arcului principal, cu o rolă cu arc care se lipea de el. Camera a avut o formă de „melc”, astfel încât la începutul perioadei de funcționare, când arcul principal împingea puternic, arcul se va lipi de partea largă a camei, oferind o forță puternică opusă, în timp ce mai târziu în perioada de funcționare ca forță a arcul principal a scăzut, arcul ar rezista împotriva părții mai înguste a camei și forța opusă ar scădea, de asemenea. Stivuirea a adăugat multă frecare și probabil a redus substanțial timpul de funcționare al unui ceas; a fost folosit doar în unele ceasuri germane și a fost abandonat după aproximativ un secol.
Fuzetă
Fuzetă a fost o inovație mult mai lungă durată. Acesta era un scripete în formă de con, care era învârtit de un lanț înfășurat în jurul butoiului arcului principal. Forma sa de curbare a schimbat continuu avantajul mecanic al legăturii pentru a uniformiza forța arcului principal în timp ce a coborât. Siguranțele au devenit metoda standard de a obține un cuplu constant de la un izvor principal. Au fost folosite în majoritatea ceasurilor și primăriilor de primăvară de la prima lor apariție până în secolul al XIX-lea, când butoiul în mișcare a preluat, și în cronometre marine până în anii 1970.
Opreste munca
Un alt dispozitiv timpuriu care a ajutat la uniformizarea forței arcului a fost opritorul sau opritoarele de înfășurare , care împiedicau izvorul principal să fie lichidat până la capăt și împiedica desfacerea acestuia până la capăt. Ideea era să folosim doar partea centrală a „curbei de cuplu” a arcului, unde forța sa era mai constantă. Cea mai comună formă a fost oprirea de la Geneva sau „crucea malteză”. Lucrările de stop nu sunt necesare în ceasurile moderne.
Remontoire
Un al patrulea dispozitiv folosit în câteva ceasuri de precizie a fost remontarea . Acesta a fost un mic arc secundar sau greutate care a alimentat scăparea ceasului și a fost el însuși răsucit periodic de către izvorul principal. Acest lucru a izolat elementul de cronometrare de la forța principală a izvorului.
Mergând butoi
Butoiul modern , inventat în 1760 de Jean-Antoine Lépine , produce o forță constantă prin simpla utilizare a unui izvor mai lung decât este necesar și înfășurarea acestuia sub tensiune în butoi. În funcțiune, se utilizează doar câteva rotații ale arcului la un moment dat, cu restul apăsat pe peretele exterior al butoiului. Din punct de vedere matematic, tensiunea creează o secțiune „plană” în „curba de cuplu” a arcului (vezi graficul) și se folosește doar această secțiune plană. În plus, extremitatea exterioară a arcului primește adesea o curbă „inversă”, deci are o formă „S”. Aceasta stochează mai multă tensiune în virajele exterioare ale arcului, unde este disponibilă spre sfârșitul perioadei de funcționare. Rezultatul este că butoiul asigură un cuplu aproximativ constant pe perioada de funcționare proiectată a ceasului; cuplul nu scade până când izvorul principal aproape că a scăzut.
Tensiunea încorporată a arcului în butoiul în mișcare face periculoasă dezasamblarea chiar și atunci când nu este lichidată.
Izvoare principale rupte
Deoarece sunt supuși unor cicluri constante de stres , până în anii 1960, izvoarele principale s-au rupt în general de oboseala metalelor cu mult înainte de alte părți ale ceasului. Au fost considerate articole consumabile. Acest lucru s-a întâmplat adesea la sfârșitul procesului de înfășurare, când arcul este înfășurat cât mai strâns în jurul arborelui, fără spațiu între bobine. Când înfășurați manual, este ușor să ajungeți la acest punct în mod neașteptat și să puneți presiune excesivă pe arc. O altă cauză au fost schimbările de temperatură. Dacă un ceas era complet înfășurat seara și temperatura scădea noaptea, fără nicio slăbiciune între bobine, contracția termică a arcului lung ar putea să-l desprindă de atașamentele sale la un capăt. În vremurile anterioare, reparatorii de ceasuri au observat că schimbările în vreme au adus o erupție de ceasuri cu izvoarele principale sparte. Izvoarele principale rupte au fost cea mai mare cauză a reparațiilor ceasurilor până în anii 1960. De atunci, îmbunătățirile din metalurgia de primăvară menționate mai sus au făcut ca izvoarele principale să fie rare.
„Knocking” sau „banking”
Chiar dacă arcurile principale nu erau predispuse la rupere, o forță prea mare în timpul înfășurării a cauzat o altă problemă la ceasurile timpurii, numite „ciocănit” sau „bancar”. Dacă a rămas foarte puțină slăbiciune în primăvară după înfășurare („înfășurare”), presiunea ultimei rotații a butonului de înfășurare a pus capătul arcului sub tensiune excesivă, care a fost blocată de ultimul clic al clichetului. ceasul a funcționat cu o forță excesivă de acționare timp de câteva ore, până când tensiunea suplimentară de la sfârșitul arcului a fost ușurată. Acest lucru a făcut ca roata de echilibru să se rotească prea mult în fiecare direcție, determinând știftul de impuls de pe roată să bată în spatele coarnele furcii. acest lucru a provocat ceas în timp câștig, și ar putea rupe PIN - ul de impuls. În ceasurile mai vechi acest lucru a fost prevenit cu „stopwork“. În ceasurile moderne , acest lucru este împiedicat prin proiectarea „clic“ cu unele „reculul“ ( reculul ), pentru a permite arborelui să se rotească înapoi după înfășurare cu aproximativ doi dinți cu clichet, suficient pentru a elimina tensiunea excesivă.
Motor sau butoi de siguranță
În jurul anului 1900, când arcurile de ceas rupte reprezentau mai mult o problemă, unele ceasuri de buzunar foloseau o variantă a butoiului care mergea numit butoiul motorului sau butoiul de siguranță . Izvoarele principale se rupeau de obicei la atașarea lor la arbor, unde tensiunile de îndoire sunt cele mai mari. Când izvorul principal s-a rupt, partea exterioară s-a retras și impulsul a rotit butoiul în direcția inversă. Acest lucru a aplicat o forță deosebită trenului delicat și scăpării , rupând adesea pivoturi și bijuterii.
În butoiul motorului, funcțiile arborului și butoiului au fost inversate de la butoiul în mișcare. Izvorul principal a fost înfășurat de butoi și a întors arborele pentru a conduce trenul cu roți. Astfel, dacă izvorul principal se spargea, reculul distructiv al butoiului ar fi aplicat nu trenului de roți, ci mecanismului de înfășurare, care era suficient de robust pentru a-l lua.
Pinion de siguranță
Un pinion de siguranță era un mijloc alternativ de protecție, folosit cu butoiul care mergea. În acest sens, pinionul roții centrale , pe care se angajează angrenajul cilindrului, a fost atașat la arborele său cu un filet de șurub invers. Dacă arcul s-ar rupe, reculul invers al butoiului, în loc să fie trecut la trenul de viteze, ar deșuruba pur și simplu pinionul.
Mitul „supraînfășurării”
Ceasurile și ceasurile se găsesc adesea oprite cu izvorul principal înfășurat complet, ceea ce a dus la un mit conform căruia înfășurarea unui ceas acționat cu arc până la capăt îl deteriorează. Câteva probleme pot provoca acest tip de defecțiune, dar nu se datorează niciodată „supraînfășurării”, deoarece ceasurile sunt concepute pentru a rezista la lichidare până la capăt.
O cauză a „supraînfășurării” este murdăria. Mișcările ceasului necesită curățare și lubrifiere regulată, iar rezultatul normal al neglijării pentru a curăța un ceas este un ceas oprit la vânt. Pe măsură ce mișcarea ceasului colectează murdărie și uleiul se usucă, frecarea crește, astfel încât izvorul principal să nu aibă forța de a roti ceasul la sfârșitul perioadei normale de funcționare și se oprește prematur. Dacă proprietarul continuă să răsucească și să folosească ceasul fără întreținere, în cele din urmă forța de frecare ajunge în partea „plană” a curbei de cuplu și se ajunge rapid la un punct în care sursa principală nu are forța de a rula ceasul chiar și la maxim vânt, astfel ceasul se oprește cu izvorul principal înfășurat complet. Ceasul are nevoie de service, dar problema este cauzată de o mișcare murdară sau de un alt defect, nu de „supraînfășurare”.
O altă cauză obișnuită a „supraînfășurării” este că, dacă un ceas este scăpat, atunci personalul de echilibru se poate rupe și ceasul nu mai poate rula chiar și atunci când izvorul este complet înfășurat.
Ceasuri cu răsucire automată și izvoare principale „incasabile”
Ceasurile cu înfășurare automată sau automate , introduse pe scară largă în anii 1950, utilizează mișcările naturale ale încheieturii mâinii pentru a păstra rana principală. O greutate semicirculară, pivotată în centrul ceasului, se rotește cu fiecare mișcare a încheieturii mâinii. Un mecanism de înfășurare folosește rotații în ambele direcții pentru a înfășura izvorul principal.
La ceasurile automate, mișcarea încheieturii mâinii ar putea continua înfășurarea izvorului principal până când acesta s-a rupt. Acest lucru este prevenit cu un dispozitiv de ambreiaj glisant . Capătul exterior al arcului principal, în loc să se atașeze la butoi, este atașat la un arc circular de expansiune numit căpăstru care se apasă de peretele interior al butoiului, care are crestături sau crestături pentru a-l ține. În timpul înfășurării normale, frâna ține prin frecare pe butoi, permițând izvoarului principal să înfășoare. Când arcul principal atinge tensiunea maximă, tracțiunea sa este mai puternică decât căpăstru. O rotație suplimentară a arborelui face ca frida să alunece de-a lungul butoiului, împiedicând înfășurarea în continuare. În terminologia companiei de ceasuri, acest lucru este adesea denumit în mod înșelător ca un „izvor de neîntrerupt”.
Izvoarele principale „obosite” sau „setate”
După decenii de utilizare, izvoarele principale ale ceasurilor mai vechi se deformează ușor și își pierd o parte din forță, devenind „obosite” sau „setate”. Această afecțiune se găsește mai ales în arcurile din butoaie. Aceasta determină scăderea timpului de rulare între înfășurări. În timpul întreținerii arcului principal trebuie verificat pentru „oboseală” și înlocuit, dacă este necesar. British Horological Institute sugerează aceste teste:
- Într-un butoi cu arc principal, atunci când este derulat și relaxat, majoritatea virajelor primăverii sănătoase trebuie apăsate plat pe peretele butoiului, cu doar 1 sau 2 rotiri spiralate în spațiul central pentru a se atașa la arbor. Dacă mai mult de 2 spire sunt libere în centru, arcul poate fi „obosit”; cu 4 sau 5 ture, cu siguranță este „obosit”.
- Când este scos din butoi, dacă diametrul arcului relaxat care se află pe o suprafață plană este mai mic de 2½ ori diametrul butoiului, acesta este „obosit”.
Indicator de rezervă de putere
Unele ceasuri de înaltă calitate au un cadran suplimentar pe față, care indică câtă putere a rămas în izvorul principal, adesea absolvită în orele pe care ceasul le-a mai funcționat. Deoarece atât arborul cât și butoiul se răsucesc, acest mecanism necesită un angrenaj diferențial care măsoară cât de departe a fost rotit arborele, în comparație cu butoiul.
Forme neobișnuite de izvor principal
Un arc principal este de obicei un arc metalic înfășurat, totuși există excepții:
- Ceasul cu arc de vagon: Într-o perioadă scurtă din istoria orologeriei americane, oțelul cu arc spiralat nu a fost disponibil în Statele Unite, iar ceasornicarii inventivi au construit ceasuri alimentate de un teanc de arcuri cu foi , similar cu ceea ce a servit în mod tradițional ca arc suspensiv pentru vagoane. .
- Alte tipuri de arcuri sunt concepute și au fost utilizate ocazional pe ceasuri experimentale, cum ar fi arcurile de torsiune.
- Ocazional se găsește un ceas ciudat cu un arc din alt material decât metalul, cum ar fi materialele elastice sintetice.
Note
Referințe
- Glosar în patru limbi GA Berner , reeditare 1988, prin amabilitatea FH, Federația industriei elvețiene a ceasurilor, Bienne, Elveția.
- Murray, Michael P. (01.02.2005). „Tot ce ai vrut mereu să știi despre izvoarele principale ale ceasului” . Mike's Clock Clinic . Adus 06-07-2009 .