QUANDO UNA COSTANTE DIVENTA FORZA

In un orologio meccanico, non appena la tensione della molla motrice si allenta, l’ampiezza di oscillazione si riduce e questo inficia la precisione dell’orologio. Il meccanismo a forza costante di IWC assicura che lo scappamento produca una quantità assolutamente costante di energia, per una precisione senza precedenti.

 

L’unica costante è il cambiamento, recita la celebre massima eraclitea. Nell’universo della haute horlogerie, però, la pertinenza di tale principio filosofico è molto limitata, in quanto nel settore orologiero tutti gli sforzi sono tesi alla ricerca della costanza, e a far sì che le oscillazioni del bilanciere si mantengano sempre esattamente uguali. Ormai da secoli, inventori e orologiai fanno fronte a una sfida ben precisa. “Quando un orologio è completamente carico, la molla motrice produce la coppia massima possibile, il che vuol dire l’ampiezza massima di 

oscillazione. Ma con l’allentarsi della tensione nel bariletto anche l’ampiezza di oscillazione si riduce”, spiega Thomas Gäumann, Direttore del dipartimento per lo sviluppo dei movimenti di IWC a Schaffhausen. Il fenomeno incide negativamente sulla precisione di un orologio meccanico.

 

Affinché le oscillazioni del bilanciere si mantengano identiche, la quantità di energia trasmessa attraverso il ruotismo e lo scappamento deve essere sempre costante. Tuttavia, finché il flusso di energia trasmessa al bilanciere è continuo, l’allentarsi della tensione nella molla motrice incide inevitabilmente sull’ampiezza. Come spiega Gäumann, “sono state concepite diverse soluzioni per trasformare l’energia ridotta della molla in un impulso costante con l’ausilio di un meccanismo aggiuntivo”.

Il meccanismo a forza costante assicura una precisione senza precedenti.

ALLA RICERCA DELLA FORZA COSTANTE

Una possibilità prevede l’inserimento di una trasmissione fuso-catena infinitamente variabile tra il bariletto e il ruotismo. Già nel XV secolo, Leonardo da Vinci aveva disegnato un meccanismo del genere, simile alla trasmissione di una bicicletta. In questo sistema, il bariletto ruota su se stesso facendo avvolgere una catena su un fuso di forma conica. Quando la catena è completamente avvolta, esercita sull’estremità appuntita del conoide una forza di trazione. L’effetto leva in questo caso è minimo, come minima è, di conseguenza, la coppia che viene trasmessa al ruotismo. Minore è la tensione nella spirale, maggiore sarà l’effetto leva alla base del fuso e, quindi, la coppia fornita. Per tutta la durata del processo, la forza trasmessa al bilanciere resta costante.

 

Quella della trasmissione fuso-catena si è rivelata una scelta vincente nei grandi orologi. Il dispositivo era impiegato ad esempio nei cronometri da marina, che dovevano essere estremamente precisi. Simili meccanismi sono anche stati utilizzati negli orologi da tasca. Tuttavia, poiché una trasmissione infinitamente variabile richiede molto spazio, l’impiego di tale sistema negli orologi da polso è stato abbastanza scarso.

L’INTEGRAZIONE DI UNO SCAPPAMENTO AGGIUNTIVO

Un’altra sfida importante ha impegnato per diversi anni gli ingegneri di IWC, che però alla fine hanno elaborato una soluzione alternativa tecnicamente elegante. “Il nostro meccanismo a forza costante brevettato integra uno scappamento aggiuntivo tra la ruota di scappamento e la quarta ruota. Ogni secondo, questo meccanismo fa avvolgere una spirale che funge da spazio di immagazzinamento temporaneo e assicura alla ruota di scappamento quell’energia sufficiente a non far arrestare il bilanciere”, afferma Gäumann, riassumendo il principio. Il segreto è questo: poiché l’angolo di inclinazione della spirale durante il suo avvolgimento resta costante, anche la quantità di energia fornita allo scappamento si mantiene costante. Così, anche quando la tensione nella spirale diminuisce, il bilanciere continua ad oscillare praticamente con la stessa ampiezza.

 

Il meccanismo a forza costante assicura un’estrema precisione di marcia. Presente nel Portugieser Sidérale Scafusia e nell’Ingenieur Tourbillon Forza Costante, il dispositivo è stato persino integrato in un tourbillon. La frequenza del tourbillon a forza costante è stata appositamente impostata a 2,5 Hz per consentire al meccanismo di far avvolgere la spirale ogni secondo.

—94800 calibre

UNA SPIRALE PER IMMAGAZZINARE TEMPORANEAMENTE L’ENERGIA

Nel cuore del meccanismo, uno scappamento ad àncora svizzero caratterizzato da denti a tallone. Montata sul pignone della ruota di scappamento, una camma triangolare entra in contatto con la leva a forcella a forza costante, che afferra la cosiddetta ruota d’arresto con le due leve all’altra estremità. Quando la ruota di scappamento è avanzata di cinque scatti, la leva rilascia la ruota d’arresto, che ruoterà di trenta gradi prima di essere bloccata di nuovo. Il processo si ripete ogni cinque scatti del bilanciere. Al ritmo di 18.000 alternanze/ora, questa sequenza determina anche l’avanzamento della lancetta dei secondi montata sulla gabbia del tourbillon. Inoltre, ogni rotazione della gabbia fa ruotare un pignone sulla ruota di scappamento, che entra in contatto con la quarta ruota fissa. In questo modo viene avvolta la spirale (situata al di sotto della ruota di scappamento), che a sua volta fornisce al bilanciere un impulso costante di energia.

 

“Per azionare il tourbillon e il meccanismo a forza costante, i calibri 94800 e 94900 sono dotati di due bariletti, che insieme producono la quantità di energia necessaria ad assicurare il funzionamento del dispositivo per 48 ore”, spiega Gäumann. Dopo due giorni, la coppia disponibile non è più sufficiente e il tourbillon passa automaticamente alla modalità normale, avanzando al ritmo di cinque scatti al secondo, e comunque secondo la stessa velocità del bilanciere.

UNA SFIDA PER GLI INGEGNERI PROGETTISTI

Per gli ingegneri coinvolti, il design e la fabbricazione del meccanismo a forza costante si sono rivelati obiettivi particolarmente impegnativi. La costruzione in filigrana comprende circa 20 componenti aggiuntivi, integrati in un tourbillon del diametro di 15,8 millimetri. “La definizione dei vari processi in sequenza, come ad esempio il rilascio e l’arresto della leva a forza costante, si è rivelata un’impresa ardua. Per riuscirci, abbiamo dovuto trovare il giusto equilibrio tra sicurezza e funzionalità. Abbiamo anche dovuto integrare una certa riserva per assicurare che le complesse sequenze di movimenti e le azioni della leva venissero sempre eseguite in maniera attendibile”, sottolinea Gäumann.

L’ESTREMA PRECISIONE RICHIEDE NUOVE TECNOLOGIE DI PRODUZIONE

Tutto viene ulteriormente complicato dalla posizione del meccanismo a forza costante, che, situato tra la ruota di scappamento e la quarta ruota, esattamente davanti al bilanciere, ne influenza direttamente le oscillazioni. Pertanto, le tolleranze ammesse sono molto ristrette, in alcuni casi dell’ordine di un millesimo di millimetro. La camma e la leva a forza costante sono prodotte mediante il processo LIGA associato all’esposizione ai raggi X. “Questa procedura LIGA ricorre all’impiego di raggi X e ci consente di produrre microstrutture altamente omogenee, con un grado di precisione che le tradizionali tecnologie di produzione non riuscirebbero a raggiungere neanche lontanamente”, afferma Gäumann. Un altro fattore determinante è la scelta dei materiali: la camma è in oro massiccio, mentre la leva a forza costante è in lega nichel-fosforo. Essendo un materiale autolubrificante, l’oro è ideale da utilizzare in combinazione con quei componenti che tendono a seccarsi durante l’attrito.

Presso IWC, soltanto tre specialisti altamente qualificati sono in grado di assemblare un tourbillon a forza costante.

L’ASSEMBLAGGIO È AFFIDATO A POCHI SPECIALISTI COMPETENTI

L’assemblaggio di un tourbillon a forza costante sottopone a duri test di pazienza anche gli orologiai più esperti. Sono necessarie due settimane intere per assemblare un meccanismo che pesa appena 0,7 grammi ed è composto di 104 singoli componenti. Presso IWC, soltanto tre specialisti altamente qualificati sono all’altezza di tale compito. Secondo Gäumann, il tourbillon a forza costante non è soltanto un eccellente argomento di vendita, ma anche un esempio calzante di come l’azienda con sede a Schaffhausen riesca a portare l’ingegneria e l’innovazione ai massimi livelli. “Essere riusciti a superare una sfida orologiera secolare con una soluzione che è insieme funzionale e tecnicamente elegante è per me motivo di grande orgoglio”, conclude.

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