Mainspring - Mainspring
Uma mola principal é uma mola de torção em espiral de fita de metal - geralmente aço de mola - usada como fonte de energia em relógios mecânicos , alguns relógios e outros mecanismos de relojoaria . Enrolar o relógio, girando um botão ou chave, armazena energia na mola principal, torcendo a espiral com mais força. A força da mola principal gira as rodas do relógio à medida que ele se desenrola, até que a próxima volta seja necessária. Os adjetivos wind-up e spring-powered referem - se a mecanismos acionados por molas principais, que também incluem cronômetros de cozinha , metrônomos , caixas de música , brinquedos de corda e rádios de relógio .
Molas principais modernas
A mola principal de um relógio moderno é uma longa tira de aço temperado e azulado, ou liga de aço especializada, com 20-30 cm de comprimento e 0,05-0,2 mm de espessura. A mola principal no movimento comum de 1 dia é calculada para permitir que o relógio funcione por 36 a 40 horas, ou seja, 24 horas entre enrolamentos diários com uma reserva de corda de 12 a 16 horas, no caso de o proprietário atrasar o enrolamento do relógio. Este é o padrão normal para relógios de corda manual e automática . Os movimentos de 8 dias, usados em relógios que devem ser acionados semanalmente, fornecem energia por pelo menos 192 horas, mas usam molas principais mais longas e barris maiores . As molas principais do relógio são semelhantes às molas dos relógios, só que maiores.
Desde 1945, as ligas de aço carbono têm sido cada vez mais substituídas por novas ligas especiais ( ferro , níquel e cromo com adição de cobalto , molibdênio ou berílio ) e também por ligas laminadas a frio ('endurecimento estrutural'). Conhecidas pelos relojoeiros como molas de 'metal branco' (em oposição ao aço carbono azulado), são inoxidáveis e possuem um limite elástico mais alto . Eles estão menos sujeitos a flexões permanentes (ficando 'cansados' ) e praticamente não há risco de quebra. Alguns deles também são praticamente não magnéticos .
Em sua forma relaxada, as molas principais são feitas em três formas distintas:
- Espiral enrolada : Estas são enroladas na mesma direção, em uma espiral simples.
- Semi-reverso : A extremidade externa da mola é enrolada na direção reversa por menos de uma volta (menos de 360 °).
- Reverso (resiliente): a extremidade externa da mola é enrolada na direção reversa por uma ou mais voltas (excedendo 360 °).
Os tipos semirreverso e reverso fornecem força extra no final do período de funcionamento, quando a mola está quase sem energia, para manter o relógio funcionando a uma taxa constante até o fim.
Como eles trabalham
A mola principal é enrolada em torno de um eixo chamado mandril, com a extremidade interna enganchada nele. Em muitos relógios, a extremidade externa é fixada em uma coluna fixa. A mola é enrolada girando o caramanchão e, depois de dar corda, sua força gira o caramanchão para o outro lado para fazer o relógio funcionar. A desvantagem desse arranjo de mola aberta é que, enquanto a mola principal está sendo enrolada, sua força motriz é removida do movimento do relógio, de modo que o relógio pode parar. Este tipo é freqüentemente usado em despertadores , caixas de música e cronômetros de cozinha, onde não importa se o mecanismo pára durante a corda. O mecanismo de enrolamento sempre tem uma catraca acoplada, com uma lingueta (chamada pelos relojoeiros de clique ) para evitar que a mola se desenrole.
Na forma usada nos relógios modernos, chamada de barril que vai , a mola principal é enrolada em torno de um caramanchão e encerrada dentro de uma caixa cilíndrica chamada de barril, que é livre para girar. A mola é presa ao caramanchão em sua extremidade interna e ao barril em sua extremidade externa. Os acessórios são pequenos ganchos ou abas, nos quais a mola é enganchada por orifícios quadrados em suas extremidades, para que possam ser facilmente substituídos.
A mola principal é enrolada girando o caramanchão, mas aciona o movimento do relógio pelo cano; este arranjo permite que a mola continue alimentando o relógio enquanto ele está sendo enrolado. Dar corda ao relógio gira o caramanchão, que aperta a mola principal, envolvendo-o ainda mais em torno do caramanchão. A árvore tem uma catraca presa a ela, com um clique para evitar que a mola gire a árvore para trás e desenrole. Após o enrolamento, o caramanchão fica estacionário e a tração da mola principal gira o cano, que tem um anel de dentes de engrenagem ao redor. Este engrena com uma das engrenagens do relógio, geralmente o pinhão da roda central e aciona o trem da roda . O barril geralmente gira uma vez a cada 8 horas, então a mola comum de 40 horas requer 5 voltas para se desenrolar completamente.
Perigos
A mola principal contém muita energia. Relógios e relógios devem ser desmontados periodicamente para manutenção e reparo e, se não forem tomadas precauções, a mola pode se soltar repentinamente, causando ferimentos potencialmente graves. As molas principais são 'abaixadas' suavemente antes da manutenção, puxando o clique para trás enquanto segura a chave de enrolamento, permitindo que a mola se desenrole lentamente. No entanto, mesmo em seu estado 'abaixado', as molas principais contêm uma tensão residual perigosa. Relojoeiros e relojoeiros usam uma ferramenta chamada "enrolador da mola principal" para instalá-los e removê-los com segurança. Grandes molas principais em relógios são imobilizadas por "grampos da mola principal" antes da remoção.
História
Mainsprings apareceu nos primeiros relógios movidos a mola, na Europa do século 15. Ele substituiu o peso pendurado em um cabo enrolado em uma polia, que era a fonte de energia usada em todos os relógios mecânicos anteriores. Por volta de 1400 molas helicoidais começaram a ser usadas em fechaduras, e muitos dos primeiros relojoeiros também eram serralheiros. As molas foram aplicadas aos relógios para torná-los menores e mais portáteis do que os relógios acionados por peso anteriores, evoluindo para os primeiros relógios de bolso por volta de 1600. Muitas fontes atribuem erroneamente a invenção da mola principal ao relojoeiro de Nuremberg Peter Henlein (também conhecido como Henle, ou Hele) por volta de 1511. No entanto, muitas referências em fontes do século 15 a relógios portáteis 'sem pesos', e pelo menos dois exemplos sobreviventes, mostram que relógios movidos a mola existiam nos primeiros anos desse século. O relógio mais antigo que sobreviveu movido por uma mola principal é o Burgunderuhr (Relógio da Borgonha), um relógio de câmara dourado ornamentado, atualmente no Germanisches Nationalmuseum em Nuremberg, cuja iconografia sugere que foi feito por volta de 1430 para Filipe, o Bom, Duque de Borgonha .
As primeiras molas principais eram feitas de aço, sem processos de têmpera ou têmpera . Eles não correram muito tempo e tiveram que ser feridos duas vezes por dia. Henlein era conhecido por fazer relógios que funcionavam por 40 horas entre as bobinas. Os métodos do século 18 para fazer molas mestras são descritos por Berthoud e Blakey
Força constante de uma mola
Um problema ao longo da história dos relógios e relógios movidos a mola é que a força ( torque ) fornecida por uma mola não é constante, mas diminui à medida que a mola se desenrola (veja o gráfico). No entanto, os relógios precisam funcionar a uma taxa constante para manter a hora exata. Os mecanismos de cronometragem nunca são perfeitamente isócronos , o que significa que sua taxa é afetada por mudanças na força motriz. Isso era especialmente verdadeiro para o tipo primitivo de borda e foliot usado antes do advento da mola balanceada em 1657. Assim, os primeiros relógios desaceleravam durante o período de funcionamento à medida que a mola principal diminuía, causando cronometragem imprecisa.
Duas soluções para esse problema apareceram nos relógios movidos a energia da primavera no século 15; o stackfreed e o fusee :
Stackfreed
O stackfreed era um came excêntrico montado na árvore da mola principal, com um rolo acionado por mola que pressionava contra ele. O came tinha um formato de "caracol" de modo que no início do período de funcionamento, quando a mola principal estava empurrando com força, a mola suportaria a parte larga do came, fornecendo uma forte força oposta, enquanto mais tarde no período de funcionamento como a força de a mola principal diminuiu, a mola suportaria a parte mais estreita do came e a força oposta também diminuiria. A stackfreed adicionou muito atrito e provavelmente reduziu o tempo de execução de um relógio substancialmente; foi usado apenas em alguns relógios alemães e foi abandonado após cerca de um século.
Fusee
O fusee foi uma inovação muito mais duradoura. Esta era uma polia em forma de cone que era girada por uma corrente enrolada no tambor da mola principal. Sua forma curva mudou continuamente a vantagem mecânica da articulação para equilibrar a força da mola principal enquanto ela descia. Os fusíveis tornaram-se o método padrão de obtenção de torque constante de uma mola principal. Eles foram usados na maioria dos relógios movidos a molas e relógios desde sua primeira aparição até o século 19, quando o tambor em movimento assumiu, e em cronômetros marítimos até os anos 1970.
Pare o trabalho
Outro dispositivo inicial que ajudava a equilibrar a força da mola era o stopwork ou os limitadores de enrolamento , que evitavam que a mola principal fosse enrolada até o fim e impedia que ela se desenrolasse totalmente. A ideia era usar apenas a parte central da 'curva de torque' da mola, onde sua força era mais constante. A forma mais comum era a parada de Genebra ou 'cruz maltesa'. Stopwork não é necessário em relógios modernos.
Remontoire
Um quarto dispositivo usado em alguns relógios de precisão era o remontoire . Tratava-se de uma pequena mola secundária ou peso que alimentava o escapamento do relógio e era ela mesma rebobinada periodicamente pela mola principal. Isso isolou o elemento de cronometragem da força variável da mola principal.
Indo barril
O barril moderno , inventado em 1760 por Jean-Antoine Lépine , produz uma força constante simplesmente usando uma mola principal mais longa do que o necessário e enrolando-a sob tensão no barril. Em operação, apenas algumas voltas da mola por vez são usadas, com o restante pressionado contra a parede externa do cano. Matematicamente, a tensão cria uma seção 'plana' na 'curva de torque' da mola (consulte o gráfico) e apenas esta seção plana é usada. Além disso, a extremidade externa da mola geralmente recebe uma curva "reversa", por isso tem um formato de "S". Isso armazena mais tensão nas voltas externas da mola, onde está disponível no final do período de funcionamento. O resultado é que o cano fornece torque aproximadamente constante durante o período de funcionamento projetado do relógio; o torque não diminui até que a mola principal esteja quase esgotada.
A tensão interna da mola no cilindro torna-o perigoso para desmontar, mesmo quando não está enrolado.
Molas principais quebradas
Por estarem sujeitos a constantes ciclos de tensão , até a década de 1960 as molas principais geralmente se rompiam devido à fadiga do metal muito antes de outras partes do relógio. Eles foram considerados itens dispensáveis. Isso geralmente acontecia no final do processo de enrolamento, quando a mola é enrolada o mais firmemente possível em torno do mandril, sem espaço entre as bobinas. Ao enrolar manualmente, é fácil chegar a este ponto inesperadamente e colocar pressão excessiva na mola. Outra causa foram as mudanças de temperatura. Se um relógio fosse totalmente acionado à noite e a temperatura caísse à noite, sem qualquer folga entre as bobinas, a contração térmica da longa mola poderia libertá-lo de seus acessórios em uma das pontas. Antigamente, os relojoeiros notavam que as mudanças no clima provocavam uma enxurrada de relógios com as molas principais quebradas. As molas principais quebradas foram a maior causa de reparos de relógios até a década de 1960. Desde então, as melhorias na metalurgia da primavera mencionadas acima tornaram raras as molas principais quebradas.
'Batendo' ou 'bancário'
Mesmo que as molas principais não estivessem sujeitas a quebrar, muita força durante o enrolamento causava outro problema nos primeiros relógios, chamado de 'batida' ou 'inclinação'. Se muito pouca folga foi deixada na mola após o enrolamento ("enrolamento"), a pressão da última volta do botão de enrolamento colocava a extremidade da mola sob tensão excessiva, que era travada pelo último clique da catraca. o relógio funcionou com força motriz excessiva por várias horas, até que a tensão extra no final da mola fosse aliviada. Isso fez a roda do balanço girar muito em todas as direções, fazendo com que o pino de impulso da roda batesse na parte de trás do chifres de garfo. Isso fazia com que o relógio ganhasse tempo e poderia quebrar o pino de impulso. Em relógios mais antigos, isso era evitado com 'stopwork'. Em relógios modernos isso é evitado projetando o 'click' com algum 'recuo' ( folga ), para permitir que a árvore gire para trás após o enrolamento por cerca de dois dentes da catraca, o suficiente para remover o excesso de tensão.
Motor ou barril de segurança
Por volta de 1900, quando molas de relógio quebradas eram mais problemáticas, alguns relógios de bolso usavam uma variação do cano do motor chamado cano do motor ou cano de segurança . As molas principais geralmente quebram em sua fixação ao caramanchão, onde as tensões de flexão são maiores. Quando a mola principal quebrou, a parte externa recuou e o impulso girou o cano na direção reversa. Isso aplicou grande força ao delicado trem de rodas e escape , muitas vezes quebrando pivôs e joias.
No cilindro do motor, as funções do mandril e do cilindro foram invertidas do cilindro que vai. A mola principal foi enrolada pelo cano e girou o caramanchão para acionar a roda dentada. Assim, se a mola principal quebrasse, o recuo destrutivo do cano seria aplicado não ao trem de roda, mas ao mecanismo de enrolamento, que era robusto o suficiente para suportá-lo.
Pinhão de segurança
Um pinhão de segurança era um meio alternativo de proteção, usado com o cano em movimento. Neste, o pinhão da roda central , que a engrenagem cilíndrica engata, foi preso ao seu eixo com uma rosca reversa. Se a mola quebrasse, o recuo reverso do cano, em vez de ser passado para o trem de engrenagens, simplesmente desparafusava o pinhão.
O mito de 'overwinding'
Relógios e relógios são frequentemente encontrados parados com a mola principal totalmente enrolada, o que levou ao mito de que dar corda a um relógio movido a mola até o fim pode danificá-lo. Vários problemas podem causar esse tipo de quebra, mas nunca se deve ao "enrolamento excessivo", pois os relógios são projetados para suportar o enrolamento completo.
Uma das causas do “enrolamento excessivo” é a sujeira. Os movimentos do relógio requerem limpeza e lubrificação regulares, e o resultado normal de negligenciar a limpeza de um relógio é um relógio parado com vento forte. À medida que o movimento do relógio acumula sujeira e o óleo seca, o atrito aumenta, de modo que a mola principal não tem força para girar o relógio no final de seu período normal de funcionamento e ele pára prematuramente. Se o proprietário continuar a enrolar e usar o relógio sem fazer manutenção, eventualmente a força de atrito atinge a parte "plana" da curva de torque e rapidamente um ponto é alcançado onde a mola principal não tem força para fazer o relógio funcionar mesmo em plena vento, então o relógio pára com a mola principal totalmente enrolada. O relógio precisa de manutenção, mas o problema é causado por um movimento sujo ou outro defeito, não "enrolamento excessivo".
Outra causa comum de “enrolamento excessivo” é que, se um relógio cair, a balança pode quebrar e o relógio não pode mais funcionar mesmo quando a mola principal está totalmente enrolada.
Relógios automáticos e molas principais 'inquebráveis'
Os relógios automáticos ou com corda automática , amplamente introduzidos na década de 1950, usam os movimentos naturais do pulso para manter a corda da mola principal. Um peso semicircular, girado no centro do relógio, gira com cada movimento do pulso. Um mecanismo de enrolamento usa rotações em ambas as direções para enrolar a mola principal.
Em relógios automáticos, o movimento do pulso pode continuar enrolando a mola principal até que ela se rompa. Isso é evitado com um dispositivo de embreagem deslizante . A extremidade externa da mola principal, em vez de prender ao cano, é presa a uma mola de expansão circular chamada freio, que pressiona contra a parede interna do cano, que possui serrilhas ou entalhes para segurá-la. Durante o enrolamento normal, o freio se mantém por fricção no cano, permitindo que a mola principal enrole. Quando a mola principal atinge sua tensão total, sua tração é mais forte do que o freio. A rotação adicional da árvore faz com que o freio deslize ao longo do barril, impedindo mais enrolamento. Na terminologia das empresas de relógios, isso é frequentemente denominado erroneamente como uma 'mola principal inquebrável'.
'Cansado' ou 'definido' as molas principais
Após décadas de uso, as molas principais em relógios mais antigos se deformam levemente e perdem um pouco de sua força, tornando-se 'cansadas' ou 'presas'. Esta condição é encontrada principalmente em molas em barris. Isso faz com que o tempo de execução entre os enrolamentos diminua. Durante a manutenção, a mola principal deve ser verificada quanto a "cansaço" e substituída, se necessário. O British Horological Institute sugere estes testes:
- Em um barril de mola principal, quando desenrolada e relaxada, a maioria das voltas de uma mola saudável deve ser pressionada contra a parede do barril, com apenas 1 ou 2 voltas em espiral através do espaço central para anexar ao caramanchão. Se houver mais de 2 voltas soltas no centro, a mola pode estar 'cansada'; com 4 ou 5 voltas definitivamente está 'cansado'.
- Quando removido do cano, se o diâmetro da mola relaxada em uma superfície plana for inferior a 2½ vezes o diâmetro do cano, ela está "cansada".
Indicador de reserva de energia
Alguns relógios de alta qualidade têm um mostrador extra no mostrador que indica quanta energia resta na mola principal, geralmente graduada em horas que o relógio ainda tem para funcionar. Uma vez que a árvore e o cano giram, esse mecanismo requer uma engrenagem diferencial que mede o quanto a árvore foi virada em comparação com o cano.
Formas incomuns de mola principal
Uma mola principal é geralmente uma mola de metal enrolada, no entanto, há exceções:
- O relógio de mola do vagão: durante um breve período na história da relojoaria americana, o aço de mola enrolável não estava disponível nos Estados Unidos, e relojoeiros inventivos construíram relógios movidos por uma pilha de molas de lâmina , semelhante ao que tradicionalmente serviu como uma mola de suspensão para vagões .
- Outros tipos de mola são concebíveis e têm sido usados ocasionalmente em relógios experimentais, como molas de torção.
- Ocasionalmente, alguém encontra um relógio estranho com uma mola feita de outro material que não metal, como materiais elásticos sintéticos.
Notas
Referências
- Glossário GA Berner em 4 idiomas , reedição de 1988, cortesia de FH, Federação da Indústria Relojoeira Suíça, Bienne, Suíça.
- Murray, Michael P. (01/02/2005). "Tudo o que você sempre quis saber sobre as molas principais do relógio" . Clínica do Relógio de Mike . Página visitada em 06-07-2009 .