Balansetid - Vi kaster blikket på balansehjulet

I historien vår siste utgave om balansefjæren - bokstavelig talt det bankende hjertet til den mekaniske klokken - kan det virke som om denne komponenten gjør alt det tunge løftet, så langt som det bakkontorvirksomheten med tidtaking går. Som enhver urmaker vil fortelle deg om - og en god del administrerende direktører for klokkemerke også - er det lite poeng i å snakke om en ny balanse vår hvis man ikke også adresserer balanseringshjulet, og faktisk spaken som impulerer systemet. I denne historien vil vi se mest på selve balansehjulet, med noen få vinkler inn i historien og funksjonene til randen, détente og sveitsiske spakfanger. Når det gjelder spaken eller pallgaffelen, må den vente på en annen sak.

Vi begynner denne historien der den siste endte - på notatet at balanseringshjul og hårsprenger trenger å fungere sammen. Den beste måten å forstå dette på er å tenke på forholdet mellom det mekaniske armbåndsuret og penduluret. Akkurat som pendelen er urets reguleringsorgan, utfører balanse- og balansefjæren samme funksjon i armbåndsuret. Det betyr at balansen og balansen våren må tilnærme effekten av tyngdekraften. Vår returnerende hovedperson for denne introduksjonen er ingen ringere enn den nederlandske fysikeren Christiaan Huygens. Du vil huske at Huygens var pioner for balansefjæren (perfeksjonerte den i 1675) og pendelen (av den nevnte klokken).

Patek Philippe kaliber 240 Q SI

Patek Philippe Advanced Research Ref. 5550 huser kaliberet 240 Q SI

Merkelig nok ser det ut til at balansehjulet har eksistert før Huygens tid - Huygens selv designet balansehjulet og fjærsystemet i utkikksporteringsstil. Faktisk hadde Huygens og andre pionerer søkt etter den rette komponenten for å skape harmonisk svingning, og det manglende stykket var balansefjæren. Så resten av kantutslippet - det sveitsiske spaksystemet skulle først dukke opp senere - eksisterte før 1675.

Harmonisk svingning, som en fysisk egenskap, ble først utforsket av Galileo Galilei da han prøvde funksjonen til pendler i den tidlige delen av 1600-tallet. Det var Galileo som oppdaget isokronismen som noe iboende for svingningen av pendler. I utgangspunktet er svingeperioden for en gitt pendel relativt konsistent, uansett størrelse på svingen. Med dette kan man få en stabil tidholder fordi så lenge pendelen fortsetter å svinge, fortsetter klokken å tikke i samme takt. Det er klart at en klokke som tikket i forskjellige hastigheter, avhengig av sving av pendelen, ville være mindre enn nyttig.

Galileo Galilei

Pendelen får denne isokrone egenskapen fra tyngdekraften, noe som betyr at klokker utstyrt med pendler måtte være så stabile som mulig; bevegelse forstyrrer svingen av en pendel og introduserer uønsket variasjon. Huygens fullførte pendelklokkeprosjektet som Galileo først startet. Før pendelurens bruk, brukte mekaniske klokker en annen komponent for å simulere isokronisme: foliot. Ved å stole på treghetskrefter, var dette en horisontal stang (med vekter i hver ende) som svingte nøyaktig i midten. Den resulterende vippebevegelsen, drevet av kinetisk energi fra en oppviklingsfjær, forsynte tidtakingshastigheten.

Ved å kutte direkte til dagens mekaniske balanseaggregater, roterer balanseringshjulet omtrent halvannen gang i en retning, som utgjør en sving. Dette er omtrent 270 ° til hver side av balansehjulets midtvektsstilling. En komplett syklus er to av disse svingningene, som betyr to takter. Stivheten i balansefjæren og hjulets treghetsmoment er nøkkelelementer i ligningen som avgjør hvor mange sekunder det tar å fullføre en syklus.

Når vi vender tilbake til emnet for balanseringshjulet og foliot, er det uklart når balanseringshjulet helt erstattet foliot. Det er sikkert at innføringen av pendelen og balansefjæren satte manglene ved kantenes utslipp til hard lettelse. Mange forskjellige rømlinger konkurrerte om å erstatte den, inkludert sperrer og sylinderutganger. Til slutt var det både ankerutslippet og spakenutslippet som til slutt forseglet skjebnen til den en gang dominerende kanten-eskipasjonen.

Hvor passer balansehjulet inn i denne historien? Vel, en fullstendig beskrivelse er gitt i avsnittet om spakfangre (Leverage), så vel som den korte tl; dr over, men ta deg et øyeblikk å lese On the Verge-segmentet fordi det setter scenen. Balansehjulet ser ut til å være den beste formen å jobbe sammen med den tradisjonelle spiral- eller balansefjæren.

I sin nåværende form har balanseringshjul en rekke utseende, som kan deles ned i to hovedformer: glatt og ikke-glatt. Ja, ikke-glatt er ikke spesielt veltalende, men hvis man må ha et mer teknisk-klingende begrep, så vil det være justerbar masse. Vi velger å bruke ikke-glatt fordi dette vil omfatte skrudd balanseringshjul, i seg selv ikke en særlig sjarmerende beskrivelse. Den ikke-jevne versjonen av balanseringshjulet er tradisjonell, med bittesmå skruer på hjulkanten. Dette er ikke til å forveksle med Gyromax av Patek Philippe, Microstella av Rolex, og en rekke alternativer fra Swatch Group (hovedsakelig fra Omega) som ser ut til å inkludere skruer på felgen eller på innsiden av felgen.

Ulysse Nardin balansehjul

I prinsippet bruker ikke-jevne systemer vekter for å justere tregheten til balanseringshjulet - hvor langt skruene er festet i balansen bestemmer dette i versjonene med skrudd balanse. I det tradisjonelle systemet vil balansen bli håndjustert av urmakere i en prosess som kalles å balansere balansen, eller balansere balansen; for de nyere balanseutformingene av variabelen med justerbar masse, er disse typisk klargjort av datamaskiner når spiralene er festet.

Det glatte balansehjulet er også klart fra fabrikken, og datamaskiner er også involvert i denne prosessen. Det glatte balansehjulet har en tendens til å være av Glucydur-varianten (se Glucydur-delen) mens nye balanser kan være laget av silisium, med vekter i andre materialer. Eksempler på vilt oppfinnsomme balansehjul inkluderer eksperimenter fra DeBethune, Ulysse Nardin og Patek Philippe.

PÅ RANDEN

Den viktigste tekniske utviklingen innen ur og urmakeri, utviklingen av kantutslippet på 1200-tallet muliggjorde å lage mekaniske klokker. Slik beskrev David Glasgow virkningene av kanten eskapasjon i sin bok Watch and Clock Making fra 1885 (beskrivelsen her er omskrevet og redigert, der det er nødvendig).

Salisbury katedralklokke viser hvordan den første kanten klokken så ut, med tillatelse fra Wikipedia

Kantutslippet består av et kroneformet hjul, med utstikkende sagtannformede tenner; dens akse er horisontalt orientert. En vertikal stang, randen, er plassert foran kronehjulet, med to metallplater (paller) som griper inn i tennene på motsatte sider av kronehjulet. Pallene er orientert med en vinkel innimellom, så bare en fanger tennene om gangen. Enten er et balansehjul eller en pendel montert på enden av kantstangen.

Balansehjulet ser ut til å ha eksistert før Huygens tid - Huygens selv utformet balansehjulet og vårsystemet i utkanten av eskapasjonsstil

Når tannhjul leverer energien fra en avvikling av kveilet fjær til kronhjulet, skyver en av kronhjulets tenner på en pall, og roterer randen i en retning. Samtidig roterer denne handlingen den andre pallen inn i tennens bane på motsatt side av hjulet, til tannen skyver forbi den første pallen. Så kommer en tann på hjulets motsatte side i kontakt med den andre pallen, roterer randen tilbake i den andre retningen, og syklusen gjentas.

Så det som begynte da den uregulerte rotasjonen av kronehjulet blir omdannet til svingningen på randen. Dette setter pendelen eller balansen / folien i bevegelse. Hver sving av balansen / folien eller pendelen lar dermed en tann på rømningshjulet passere, og gjør dermed urverket til urverket regelmessig. Urets togtur går frem med et fast beløp, og beveger hendene fremover med konstant hastighet.

Den andre kanten pendelur bygget av Christiaan Huygens, takket være Wikipedia

Kronehjulet må ha et odde antall tenner for at rømming skal fungere. Med et jevnt antall vil to motstående tenner komme i kontakt med pallene samtidig, og ramme opp rømming.

Med ankomsten av pendelen ga ankerutslippet en mer naturlig handling for klokker, og det begynte å erstatte kantenes eskipement.

PRESSMIDDEL

Håndtaket er utviklet av Thomas Mudge og er bokstavelig talt rømming fra det moderne mekaniske wrtistwatch. Nok en gang er vi gjeld til Glasgow bok for informasjon, sammen med TimeZones klokkemakerskole. Den korte beskrivelsen av hvordan det hele fungerer nedenfor er avledet fra disse kildene (mest de seksjonene av Walt Odets).

I standard spakutgang, også kjent som sveitsisk spakutgang, spiller rømningshjulet og pallgaffelen sentrale roller (ingen ordspill ment). Rømningshjulet er rettet mot hjulet toget, og gir en impuls til pallgaffelen. Pallgaffelen mottar denne impulsen, og leverer den til balanseringshjulets aksel, og dreier dermed balansehjulet. Balansefjæren returnerer balanseringshjulet til sin statiske midtposisjon, og sender en impuls via akselen til pallgaffelen, som deretter samspiller igjen med rømningshjulet.

Balansehjul og hårsprett av TAG Heuer Autavia Isograph

Pallgaffel og rømming av Patek Philippe kaliber 240 Q SI

Det som var uregulert makt fra stormkjøttet, blir dermed levert til balansehjulet. Balansehjulet returnerer regulert kraft til hjulet toget, som deretter avanseres med et fast beløp, og beveger tidenes hender med et fast beløp.

Hver frem og tilbake bevegelse av balanseringshjulet fra og tilbake til sin midtposisjon tilsvarer bevegelsen til rømningshjulet med en tann (kalt en takt). En typisk rømningspakke-rømming slår med 18.000 eller flere slag per time, noen ganger også kalt vibrasjoner i timen. Hver takt gir balanseringshjulet en impuls, så det er to impulser per syklus (samme som kanten eskapement). Til tross for at den er låst i ro mesteparten av tiden, roterer rømningshjulet vanligvis i gjennomsnitt 10 o / min.

Opprinnelsen til "tick tock" -lyden er forårsaket av denne rømningsmekanismen. Når balanseringshjulet gynger frem og tilbake, høres den tikkende lyden.

GLUCYDUR OG ALTERNATIVE MATERIALER

Mens Glucydur-balansen ser ut til å dominere, med sin legering av beryllium, kobber og jern, er det andre slags balansehjul. Å skanne auksjonskataloger, det mest typiske alternativet er balansehjulet av gull-kobberlegering. Funksjonelt utfører begge typer balanser det samme trikset, men noen tilleggsdetaljer er nødvendige for å forstå hva som skjer her.

Det sentrale problemet er temperaturvariasjon fordi balansefjærens masseegenskaper endres når den utvides eller trekker seg sammen.Dette vil åpenbart påvirke tidtakstiden fordi det vil påvirke svingningene i balanseringshjulet. Balansehjulet er faktisk også utsatt for termisk variasjon. Både gull-kobber og Glucydur-legeringer har utmerkede lineære utvidelseskoeffisienter, mellom +14 og +17 x 10-6 / ° K, og dermed fortsetter disse materialene å være gunstige i dag hos urproduksjonsfirmaer. Ingenting er imidlertid perfekt, og når disse legeringene utvides, vil rømming ikke lenger være isokron.

Det siste forsøket på å ta opp dette problemet var Zenith Defy Oscillator, som også er den mest radikale rømningsinnovasjonen siden Huygens tid. Den kombinerer faktisk pallgaffelen, balanseringshjulet og hårspretten til én silisiumstruktur. Et ikke-metallisk materiale, silisium blir behandlet på en annen måte for å håndtere termisk variasjon, vanligvis ved bruk av for eksempel et oksyd av silisium. Når det gjelder dette Zenith-systemet, er det ikke så rett frem som alle elementer i rømming er i ett stykke.

Vi skal se nærmere på dette systemet sammen med Genequand-oscillatoren (Parmigiani Fleurier), Ulysse Nardin Anchor Escapement og Girard-Perreguax Constant Force Escapement i våre utgaver i 2020.

Endocrine System, Part 1 - Glands & Hormones: Crash Course A&P #23 (April 2024).