Tecnica: Calcolare il numero di alternanze

I parametri che regolano l’oscillazione del bilanciere.

La misurazione del tempo è da sempre subordinata alla ricerca della perfezione. Il limite fisico da cui dipende questo risultato si è spostato di volta in volta nei secoli grazie alla tecnologia. Con l’avvento dell’orologio a quarzo e poi di quello atomico, gli oscillatori sono ormai vicinissimi a riprodurre lo scorrimento pressoché continuo del campione temporale.

In Orologeria Meccanica ci si è concentrati di conseguenza ai virtuosismi artistici che i vari maestri sanno introdurre periodicamente. E ora la sfida è arrivata a vertere principalmente sul tentativo di vincere anche la resistenza che la forza gravitazionale esercita sui materiali. Il tourbillon, di cui se ne usano addirittura quattro contemporaneamentre, è il protagonista.

Ma un ruolo fondamentale lo gioca come sempre il bilanciere, il quale stabilisce la base dei tempi. E quindi l’attenzione deve concentrarsi propio su quest’ultima. Ecco perché parleremo oggi delle alternanze orarie dei nostri segnatempo.

Gli appassionati più tecnici conoscono i parametri: abbiamo orologi i cui movimenti dichiarano 18.000, 19.800, 21.600, 25.200, 28.800 o 36.000 alternanze orarie. Il che porta la base dei tempi in un orologio meccanico dai 3 ai 6 Hz, o oscillazioni al secondo.

È chiaro che più questo numero è elevato e più è facile che il nostro orologio sia preciso. Tenendo salva la realtà che comunque ci sono altre implicazioni.

Per determinare il numero di oscillazioni o alternanze i mastri orologiai utilizzano diverse formule matematiche, grazie alle quali determinano in anticipo quanti saranno i denti delle varie ruote e dei pignoni del meccanismo del tempo. E non solo. Altre formule rivelano quale sarà il diametro di ogni singola ruota.

Da queste considerazioni possiamo capire perché le scuole di Orologeria comprendono varie materie quali Matematica, Fisica, Algfebra, Astronomia, ecc. Ovviamente oltre alle indispensabili ore dedicate a pratica, teoria e tecnica.

Le formule

Due ruote che interagiscono tra loro hanno circonferenze primitive che corrispondono a esigenze meccaniche o estetiche.

Affinché le due ruote possano produrre un movimento corretto ai fini del meccanismo, si utilizzano le seguenti formule:

Ruota 1: z1 x p oppure 2π x r1

Ruota 2: z2 x p oppure 2π x r2

dove:

c = circonferenza primitiva in mm.

p = passo lineare (larghezza di un dente della ruota + un incavo)

r = raggio della circonferenza primitiva

z = numero dei denti

È logico che la circonferenza primitiva venga scelta a priori sulla base delle dimensioni del movimento che vogliamo ottenere e della disposizione che il Mastro Orologiaio ha pensato.

Tutti gli altri parametri vengono scelti risolvendo le equazioni o attribuendo ad una sola incognita un dato appropriato a scelta.

Sempre attraverso una dimostrazione matematica si arriva capire che il rapporto del numero dei giri che una ruota compie è inversamente proporzionale al rapporto del numero dei denti della ruota.

Infatti: n2/n1 = z1/z2.

Dove n = numero dei giri, e z = numero dei denti delle varie ruote.

Da qui il calcolo dei denti dei pignoni delle ruote.

Calcoliamo numero dei denti di ruote e pignoni

Per calcolare il numero di denti delle ruote e dei pignoni in un treno di ingranaggi esiste una formula ad hoc.

Prendiamo l’esempio di un classico ruotismo:

n6/n1 = z1 x z3 x z5 fratto z2 x z4 x z6.

Dove:

n1 = numero dei giri delbariletto;

n6 = numero dei giri della ruota di scappamento;

z1 = numero denti ruota media di centro o grande mediana;

z2 = numero denti pignone mediano;

z3 = numero denti ruota mediana;

z4= numero denti pignone secondi;

z5 = numero denti ruota dei secondi;

z6 = numero denti pignone di scappamento;

Analogo sistema di calcolo viene adottato con formule specifiche per la minuteria.

Arriviamo quindi alla determinazione del numero di alternanze. La formula relativa deve tenere in considerazione anche la ruota di scappamento.

Ah = z1 x z3 x z5 x 2ze fratto z2 x z4 z6, il tutto diviso per n1

Dove:

Ah = alternanze orarie;

z1 = numero denti ruota media di centro o grande mediana;

z2 = numero denti pignone mediano;

z3 = numero denti ruota mediana;

z4= numero denti pignone secondi;

z5 = numero denti ruota dei secondi;

z6 = numero denti pignone di scappamento;

ze = numero denti ruota di scappamento;

n1 = numero di giri della ruota di centro oppure della gran mediana.

Si tenga conto inoltre che se utilizziamo una ruota di centro questa compierà un giro ogni ora (n1 = 1). Se al contrario preferiamo utilizzare una ruota gran mediana n1 potrà essere diverso da 1.

 

 

Tecnica: lo scappamento, croce e delizia

Approfondimento sul gruppo più “sensibile” in Orologeria.

No avrà il fascino del tourbillon o del sistema di calendario perpetuo, tanto per fare due esempi ma l’insieme meccanico dello scappamento è ancora oggi ciò che discrimina tra un orologio di pregio e uno dozzinale.

Si tratta infatti la parte più delicata in senso tecnico-scientifico del segnatempo meccanico: quella che provvede a trasformare il moto rotatorio del ruotismo in movimento oscillatorio. Il trait d’union tra meccanismo in senso lato e bilanciere.

Lo scappamento è stato determinante nell’evoluzione orologiera, nelle sue varie fasi. Vediamo allora in cosa consiste e come è cambiato attraverso i secoli.

Innanzitutto va precisato che le categorie di scappamento sono tre: scappamento a rinculo, scappamento a riposo e scappamento libero. Le prime due categorie appartengono al passato. Si riferiscono allo scappamento a verga e a quello a cilindro.

Scappamento a rinculo

Tecnica: lo scappamento, croce e deliziaConsiste in pratica nello scappamento a verga o a ruota di riscontro. In questo caso la ruota di scappamento ha dentatura a “corona”, con denti inclinati che movimentano attraverso due palette contrapposte una barra che attraversa la ruota stessa al centro in modo longitudinale. Viene utilizzato negli orologi di grandi dimensioni, specialmente quelli da torre. Una versione che prevede l’uso del bilanciere si trova in orologi antichi da tasca, detti “verge fuseé” e che in molti casi utilizzano anche la conoide. Quest’ultimo accorgimento per limitare l’errore di isocronismo.

Scappamento a cilindro

Tecnica: lo scappamento, croce e delizia

Lo scappamento a cilindro si può ancora oggi ammirare in vecchi segnatempo da tasca. Consiste in una ruota di scappamento con denti distanziati che si innalzano verticali per incontrare direttamente il dito dell’asse, all’interno della parte cilindrica dello stesso. I più antichi impattano direttamente nell’incavo, senza necessità del dito. Fu un sistema senza dubbio rivoluzionario che prese vita più di due secoli fa, ma che lasciava spazio all’approssimazione influenzando, come abbiamo accennato, l’isocronismo.

Scappamento libero

La vera svolta tecnica si ebbe con l’introduzione dello scappamento libero. Ne esistono di due tipi: lo scappamento “à détente” e quello ad àncora, che è il più diffuso.

La novità consiste nel controllare a la ruota di scappamento attraverso un altro componente, liberandone lo scorrimento controllato in funzione dell’oscillazione del bilanciere. Viene denominato scappamento libero perché consente al bilanciere di compiere liberamente il suo arco supplementare. In quello a cilindro infatti, il bilanciere non compie percorso morto limitando il numero di gradi dell’angolo di oscillazione.

Tecnica: lo scappamento, croce e deliziaScappamento à détente

Nello scappamento à détente il plateau del bilanciere è ancora a contatto con la ruota di scappamento, ma una molletta terminante a uncino va a interagire su un altro piccolo dito posto anch’esso sul plateau e sfalsato rispetto al primo di quasi 90°.

Scappamento ad àncora 

La vera rivoluzione si ebbe però con quello che ancora oggi è lo scappamento più utilizzato in assoluto: lo scappamento ad àncora. Un componente a tre bracci si frappone tra ruota di scappamento e bilanciere. I due bracci posteriori si alternano nel controllare la ruota di scappamento attraverso due lips inclinate, quasi sempre in rubino. Ne sorte un movimento una volta verso destra ed una verso sinistra. Il terzo braccio terminante a “forchetta” fa oscillare il bilanciere influenzandone il plateau.

Tecnica: lo scappamento, croce e deliziaScappamento coassiale

Una variante del meccanismo ad àncora tradizionale è stato introdotto da Omega con il suo “coassiale”. Si tratta di una modifica dello scappamento tradizionale che continua ad utilizzare l’àncora ma ne riduce gli attriti grazie ad una disposizione su più piani dei contatti con la ruota di scappamento.

 

Tecnica Orologiera: l’automatico. Cos’è e come funziona

Storia e tecnica del sistema di carica automatica.

Tutti noi, in linea di massima, possediamo ed apprezziamo l’orologio meccanico a carica automatica. Anzi, in questo particolare momento storico è il meccanismo che giudichiamo più pregiato e meritevole di attenzioni anche dal punto di vista collezionistico.

Non tutti, però ne conoscono i risvolti tecnici, primo tra tutti il funzionamento. Ma anche le varianti che questa funzione può offrire.

L’orologio a carica automatica nacque in tempi relativamente moderni. Le maggiori maison della grande tradizione svizzera erano

Tecnica Orologiera: l'automatico. Cos'è e come funziona

Orologio Harwood d’epoca a carica automatica (Immagine tratta dal sito Orologiko.it)

già attive. L’innovazione della carica automatica fu però inventata da un inglese, e precisamente da John Harwood nel 1923. La Svizzera è già considerata allora la patria dell’Orologeria, per cui il brevetto fu depositato nel paese elvetico. (Fonte “Teoria di Orologeria”. – Reymondin, Monnier, Jeanneret, Pelaratti. – Federation des Ecoles Techniques. – Con collaborazione di Commission Romande d’Evaluation des Moyens d’Enseignement).

Gli orologi automatici Harwood erano dotati di una massa oscillante centrale che descriveva in rotazione un asse di 130°. L’inventore aveva così tanta fiducia nel sistema che rinunciò addirittura alla corona e all’albero di carica. La messa in orario dell’orologio avveniva attraverso la lunetta rotante.

Inutile dire che la proposta ebbe una risposta eclatante e ben presto tutte la maison svizzere misero a punto gli studi per la produzione di un movimento automatico. Harwood ha ripreso recentemente vigore e presenta sul mercato un suo catalogo di prodotti. Ovviamente la suggestione di reperire un automatico Harwood costruito negli anni ruggenti rappresenta un grande fiore all’occhiello per ogni appassionato.

La tecnica

In seguito, come abbiamo visto, si svilupparono gli studi in materia. La soluzione definitiva si avvalse della conservazione dell’albero di carica. Si decise quasi unanimemente, anche per questioni pratiche e di convenienza, di applicare un blocco al movimento di base. Questo “gruppo” comprende la massa oscillante e il ruotismo di carica. L’interazione con il bariletto avviene attraverso il pignone di trasmissione. In questo modo il movimento risulta perennemente alimentato, a condizione che il polso dell’utilizzatore imprima un movimento.

Tecnica Orologiera: l'automatico. Cos'è e come funziona

Massa oscillante alleggerita al centro con intagli. (Immagine tratta dal sito Ilblogdeipreziosi.it)

La massa oscillante ruota innescando il ruotismo di trasmissione, il quale provvede a far ruotare il perno del bariletto che a sua volta avvolge la molla ponendola in carica.

Restava però il problema di quando la molla fosse già al massimo della tensione. Per risolvere si pensò di dotare le molle degli automatici di una brida aggiuntiva al suo capo estremo, ovvero quello che la aggancia al bariletto. In questa maniera, la molla giunta al massimo della tensione slitta di un giro lasciando margine di carica. Questa particolare funzione viene indicata in gergo “molla senza fine”.

Nel corso degli anni ’30 e fino agli anni ’50 si rovesciarono sul mercato molte varianti del sistema di carica automatica. Evidente conseguenza degli studi promossi dalle varie maison.

Le varianti

Attualmente i sistemi di carica automatica sono diversi. Tutti però hanno un denominatore comune che li rende almeno nella maggior parte esteticamente simili. Le varie versioni differiscono per funzionalità della massa oscillante, ma anche per le sue dimensioni e collocazione.

Varianti per funzionalità della massa oscillante:

  1. Massa oscillante con arresto – Fu propria dei primi modelli la cui rotazione si fermava a 120° e che “rimbalzava” su due molle ammortizzatrici – Si tratta di un sistema superato in quanto limita notevolmente le potenzialità dinamiche.
  2. Sistema con massa oscillante unidirezionale – Ruota senza fine nelle due direzioni ma provvede a caricare in un senso solo.
  3. Sistema con massa oscillante bidirezionale – Ruota senza fine nelle due direzioni e carica in entrambi i sensi.

Ad una prima impressione potrebbe sembrare che il sistema bidirezionale sia più efficace. E infatti in linea di massima è così. Le moderne tecniche hanno però determinato una minore incidenza degli attriti. Ragion per cui in molti movimenti di pregio viene preferita la carica unidirezionale per non stressare troppo la molla.

Consiglio: I più sedentari sceglieranno un orologio automatico a carica bidirezionale. Per le persone più attive, se l’orologio è di pregio, valutare la scelta di un carica unidirezionale.

Varianti per dimensione e collocazione:

  1. Massa oscillante che occupa la metà dell’intera superficie del  movimento e dispone di un perno centrale.
  2. Massa oscillante di piccole dimensioni che viene posta in posizione laterale.

La prima delle due si trova nella stragrande maggioranza dei casi e in orologi di ogni categoria, pregio e costo. Le dimensioni della massa oscillante sono sufficienti a garantire una piena carica e rispondono otiimamente alle sollecitazioni dinamiche. La forza impressa dalla massa è adatta inoltre a muovere adeguatamente i ruotismi di trasmissione.

La seconda viene utilizzata unicamente avvalendosi di materiali tecnologicamente avanzati che siano in grado di garantire una differenza notevole tra il peso esterno della massa oscillante e la sua stessa porzione centrale. In questo modo si crea un equilibrio estremamente instabile che si traduce in maggiore forza dinamica.

I materiali

Generalmente la porzione interna della massa oscillante, chiamata tecnicamente “supporto”, è costruita in materiale metallico elastico. Il motivo è quello di garantire la non deformabilità. Si tratta infatti di un elemento che resta sospeso e viene retto soltanto dal perno centrale. Per questo motivo vengono generalmente utilizzati ottone o alpacca.

Altro è il discorso relativo alla porzione esterna. In questo caso si deve assicurare un certo peso che sbilanci notevolmente la massa inducendola a ruotare il più possibile attorno al proprio perno. In un primo tempo si ricorse alla soluzione più ovvia, ovvero all’uso del piombo. Successivamente la massa venne perfezionata con l’utilizzo di leghe sinterizzate di rame e nichel arricchite con notevole quantità di polvere di tungsteno. Le maison più prestigiose usano anche oro, platino o iridio.

Riassumendo

In generale la carica automatica avviene attraverso la spinta al ruotismo di trasmissione da parte di una massa oscillante che ruota attorno ad un perno centrale. La forza dinamica così esercitata e determinata dal movimento del polso, provvede alla carica di una molla senza fine.

Esistono diversi sistemi di carica automatica tra i quali l’utente può scegliere il più confacente al suo uso personale.

 

 

Elgin del 1900, con albero a ore “3”

Un altro piccolo “tesoro” nascosto nella rete.

Nascosto sotto indicazioni che potevano anche trarre in inganno circa la collocazione geografica del movimento, era esposto in un noto marketplace un bellissimo Elgin di produzione U.S.A. prodotto nell’anno 1900.

Questo orologio, del quale il venditore ha giustamente enfatizzato la collocazione dell’albero di carica a ore “3” fa parte infatti di una partita che è stata equipaggiata con un movimento che fu messo in commercio dalla maison statunitense a cavallo tra il XIX ed il XX secolo. Più precisamente dal 1898 al 1903.

L’esemplare in oggetto è certamente del 1900, come testimonia il seriale 8071240. Restano pochissimi esemplari funzionanti. E non c’è da stupirsi. Sono passati infatti ormai quasi 120 anni da quando il segnatempo di cui trattiamo vide la luce e uscì dagli stabilimenti di Elgin.

Le particolarità di questo pezzo sono molte. Per prima mi piace citare la particolare soluzione adottata per il gioco di carica. Non troviamo sotto il quadrante il tradizionale copri-bascules, ma un gioco di rinvii e levismi curvi. Tra questi ce n’è uno addirittura a “collo di cigno”. Il rinvio della bascule e del rocchetto avviene attraverso la spinta della punta dell’albero posta in modo coassiale ad un levismo che ingrana un cricco. Questa è disposizione ingegnosa ma pretende una particolare attenzione da parte dei tecnici riparatori. Richiede infatti un ausilio per ingranare l’albero e facilitare la fase di rimontaggio. Operazione assolta da una leva posta a margine del movimento.

Una cassa acquistata dai concorrenti

L’eleganza del movimento, finemente lavorato a “damaskeening” non distrae però da quella particolarità che ritengo più

Elgin del 1900, con albero a ore "3"

– Scheda di Elgin 8071241

interessante in assoluto. Elgin è famosa per essere la maison che oltre a costruire orologi si occupava di fornire le casse per molti brand importanti. in un articolo precedente abbiamo citato il pregio delle casse Elgin che racchiude un Thomas Russell (fornitore della Regina Vittoria).

Ebbene in questo caso Elgin si affidò ad un’altra fabbrica di casse, e precisamente l’americana Keystone.

L’orologio si presenta sostanzialmente in buone condizioni, in relazione anche all’età. L’unico rammarico è un’incauta operazione di restringimento del foro superiore della -ruota mediana, che ha penalizzato un po’ il funzionamento. La soluzione adottata per rimediare è stata quella di un lavoro di calissoir per rendere il foro il più tondo possibile.

Il risultato è stato comunque soddisfacente, tanto da riuscire a contenere lo scarto orario attorno ai 10/11″ al giorno.

Elgin è spesso oggetto di grande interesse tra i collezionisti più evoluti e in rete si trova una miniera di dati. Riguardo a questo specifico orologio abbiamo trovato addirittura una scheda che ne illustra le caratteristiche salienti. Da notare che essa si riferisce proprio all’esemplare in oggetto, non al modello o alla serie.

Thomas Russell, l’orologiaio della Regina Vittoria

Brevi cenni ad un filone collezionistico di grande pregio.

Nella giungla di offerte, proposte e ammiccamenti che si trovano sul mercato degli orologi da collezione, l’unica certezza è quella di affidarsi a esemplari che abbiano riscontri storici o tecnici rilevanti.

Per gli appassionati di orologi da tasca uno degli investimenti che mi sento di consigliare è quello di approfondire la Storia dell’Orologeria ed estrarne le nozioni giuste.

Certamente non sbaglia chi riesce a mettere le mani su un “Thomas Russell” da Liverpool. Questo orologiaio inglese si fregiò del meritato titolo di “Watchmaker of the Queen”, ai tempi della Regina Vittoria.

Si tratta di orologi che per male che vada hanno almeno circa 100 anni. E quelli venduti durante la vita della sovrana britannica risalgono a ben prima della fine dell’800. In questo caso l’incisione in corsivo “Watchmaker <oppure Maker> of the Queen” campeggia orgogliosa sulla platina. Esattamente sotto la firma dell’orologiaio.

Con la morte di Vittoria, Russell e i suoi eredi non posero più questa specifica, ma ovviamente proseguirono a firmare e/o marchiare le proprie creazioni. Tutti esemplari numerati e di altissimo pregio.

Come fare

La ricerca di pezzi come quelli sopra descritti, non è facilissima. Non tanto per la scarsa reperibilità degli orologi, ma perché molto raramente si trovano orologi “completi” e ben funzionanti.

Il mercato è inondato di meccanismi senza cassa. Anche per quanto riguarda i Russell è facile trovarne online. Ma sappiamo bene che aldilà della curiosità storica di qualche tecnico, il risultato di acquistare uno di questi movimenti “nudi” non paga.

Il motivo per chi si trovano i soli movimenti è dovuta al fatto che molti orologi sono stati dati per non riparabili, di altri il proprietario, ignaro del valore, ha voluto disfarsene, recuperando oro o argento della cassa.

Fatto sta che il collezionista che riesce ad accaparrarsi un Thomas Russell, originale, funzionante e ben conservato, è fortunato e molto invidiato dal colleghi.

In alcuni casi Russell, che voleva il meglio per le proprie produzioni e per la sua esigente clientela, importava le casse dagli USA. Nelle migliori delle ipotesi, quindi, si potrebbe avere la fortuna di trovare un Thomas Russell con cassa Elgin. Eventualità che toccherebbe l’apice se la cassa fosse quella che la casa americana brevettò nel suo sistema a vite.