Orologeria meccanica

Copertina

Questo libro si prefigge di analizzare il funzionamento di un orologio meccanico.

Introduzione

« La nostra esperienza reale ci convince che abbiamo vissuto ore incredibilmente ricche, rapinose di avvenimenti o nelle quali il tempo si è fermato, sino a farci sfociare nell'eterno; e ore lente, grigie, vuote di avvenimenti, di pensieri e di sensazioni. L'orologio ci dimostra invece che i secondi sono tutti eguali, e che ogni battito vale l'altro. »
(Pietro Citati)

Che è sinteticamente un orologio?

Un apparecchio che produce e conta battiti in modo isocronico e periodico, ossia sempre allo stesso ritmo e per un periodo di tempo prolungato.

Che è un orologio meccanico?

Un orologio meccanico è uno strumento in grado di descrivere il trascorrere del tempo attraverso il movimento di ingranaggi posti al suo interno, il cui movimento è consentito grazie a una carica, che può essere manuale o automatica.

Qual è la differenza fra un orologio manuale e uno automatico?

L'orologio meccanico a carica manuale viene ricaricato grazie a un procedimento di carica che va effettuato a mano, mentre quello meccanico a carica automatica si ricarica grazie al movimento di una massa oscillante.

Quali sono gli elementi che accomunano un orologio manuale a uno automatico?

Nonostante l'orologio meccanico manuale e quello meccanico automatico differiscano per molti dettagli, essi sono assimilabili per la presenza di quattro organi basilari, ognuno dei quali contraddistinto da una precisa funzione. Identifichiamo come organo un insieme di strutture che consentono di svolgere una determinata funzionalità. Tutti gli organi collaborano per fornire la visualizzazione grafica dell'ora.

Organo motore

L'organo motore è quello che produce l'energia necessaria per permettere il movimento delle varie componenti dell'orologio. Dato che non è in grado di rigenerare autonomamente l'energia erogata, deve essere ricaricato con strategie che differiscono a seconda della tipologia di orologio: nel caso di un orologio meccanico, può essere ricaricato manualmente se si tratta di un orologio manuale, mentre si ricarica mediante l'oscillazione di una massa oscillante se si tratta di un orologio automatico.

È identificato nell'orologio meccanico con la molla motrice, in acciaio o in leghe tecniche. Essa è arrotolata a spirale attorno all'asse del bariletto, la struttura che la contiene. Questo è racchiuso tra la platina (strutta portante) e il ponte del bariletto (fissato sulla platina). Le basi del bariletto si chiamano quella più esterna tamburo, a contatto con il ponte e atto a erogare l'energia accumulata dalla molla alla quale è direttamente collegato, e quella più interna coperchio, a contatto con la platina. Il rocchetto, posto dalla parte esterna rispetto al quadrante, è quella ruota dentata che serve al cricco, molla incastrata sulla sua dentatura, a non far srotolare la molla durante la ricarica. È sul rocchetto che agisce l'albero del bariletto, che nel caso di un orologio manuale serve a ricaricare il meccanismo.

La base del funzionamento della molla motrice sta nel fatto che se deformata in virtù delle sue proprietà elastiche tende a riprendere la forma che precedentemente aveva.

Organo trasmettitore

Un organo trasmettitore schematizzato.

Questo rotore è composto dal tamburo del bariletto, da tre ruote (di centro, intermedia e dei secondi) e dallo scappamento. A destra si vede pure il bilanciere con la spirale. L'organo trasmettitore è quello che trasmette l'energia motrice all'organo distributore, contandone i giri e permettendo così la visualizzazione grafica dell'ora. La sua struttura è articolata. Il suo movimento, generato dall'energia erogata dalla molla e trasmessa mediante il tamburo, ha come fine pratico quello di mantenere in movimento lo scappamento.

E' identificato nell'orologio meccanico con il ruotismo, che non è altro se non un treno di ruote. Il numero di ruote è quattro: per ogni ruota corrisponde un pignone. Si crea quindi un sistema corona-pignone che segue il seguente schema e che moltiplica i giri:

• tamburo del bariletto (parte dell'organo motore: eroga la forza motrice);
• pignone di centro e ruota centro (fa un giro ogni sessanta minuti, su cui è montata la lancetta dei minuti);
• pignone intermedio e ruota intermedia (fa un giro ogni dieci minuti);
• pignone dei secondi e ruota dei secondi (fa un giro ogni sessanta secondi, su cui è montata la lancetta dei secondi);
• pignone di scappamento e ruota di scappamento (fa un giro ogni sei secondi e costituisce l'organo distributore).
  

Organo distributore

Uno scappamento.

L'organo distributore è quello che tiene in movimento l'organo regolatore e ne conta le oscillazioni in collaborazione con l'organo trasmettitore. Più precisamente, fornisce piccolissime quantità di energia al gruppo creato dall'unione di bilanciere ed ancora, in modo estremamente controllato per intensità e regolarità, e conta il numero di oscillazioni.

E' identificato nell'orologio meccanico con lo scappamento, retto dal ponte dello scappamento che lo racchiude tra se stesso e la platina. Nel corso della storia dell'orologeria sono esistite differenti tipologie di scappamento: la maggior parte degli orologi moderni monta il cosiddetto scappamento ad ancora svizzera, la cui ancora presenta una forma a forchetta, essendo costituita da uno stelo e da due bracci alle cui estremità sono poste la leva d'entrata e quella d'uscita. L'ancora evita che la molla motrice eroghi troppo velocemente la propria forza, esaurendosi: riesce in questa attività dando il ritmo impartito dal bilanciere alla ruota di scappamento. Lo scappamento, la cui velocità di rotazione è quindi regolata dall'ancora, regola la velocità di rotazione del ruotismo, compiendo un passo ogni 0,25 secondi. Il passo corrisponde all'avanzare di uno spazio fra due denti. Le relazioni tra scappamento ed ancora avvengono attraverso le leve di entrata ed uscita, che entrano in contatto in modo alterno con uno dei denti dello scappamento.

Organo regolatore

Un organo regolatore di un meccanismo realizzato dalla Omega.

L'organo regolatore è quello che determina un intervallo di tempo che viene usato come campione. E' di conseguenza quello al cui corretto funzionamento è subordinata la corretta misurazione del tempo.

E' identificato nell'orologio meccanico con il bilanciere e la spirale. Il bilanciere è una struttura a forma di anello (detto corona del bilanciere) che funziona da volano ruotando in ambo i sensi per mezzo della forza elastica della spirale, che è la molla realizzata in acciaio o con leghe specifiche che ne permette l'oscillazione: quest'ultima è una delle parti più importanti e delicate del movimento, ed è disposta secondo la forma definita come spirale di Archimede. Il bilanciere è vincolato dalle razze, bracci passanti per il suo centro presenti in numero variabile. E' la spirale che determina il numero di alternanze del bilanciere. La spirale è congiunta all'asse del bilanciere con una virola (anello metallico) e al ponte del bilanciere col pitone. Ogni coppia di alternanze, ossia di spostamento da un punto estremo all'altro, costituisce un'oscillazione. Considerato che la maggior parte dei movimenti è a 28 800 alternanze/ora, avverranno al secondo 8 alternanze e quindi un'oscillazione ogni 0,25 secondi.

L'automatico

Un rotore realizzato dalla Breitling.

L'automatico nasce nella prima metà del XVIII secolo: fu inventato da Abraham-­‐Louis Perrelet, orologiaio svizzero nato a Le Locle. Nel primo prototipo di automatico, il moderno rotore era sostituito da una massa oscillante a forma di mezzaluna. Per ottimizzare la resa di questo sistema, Perrelet inventò i cosiddetti invertitori, che consentono di sfruttare per la produzione di energia la rotazione sia nell'uno che nell'altro senso. Tale sperimentazione, accantonata per anni a causa della sua poca praticità, venne ritrovata nel 1949 da Leon Leroy. Anche Breguet si dedicò allo studio dell'orologio Perrelet, apportando delle sostanziali modifiche. Il primo orologio meccanico automatico da polso venne brevettato nel 1924 da Harwood: in questo meccanismo, rivelatosi poi commercialmente fallimentare, la massa oscillante ruota ponendo come centro il centro dell'orologio ed è provvista di respingenti a molla alle estremità, mentre la rotazione è limitata a 60° e la carica avviene in una sola direzione. Esso venne lanciato grazie a Wilsdorf, che lo applicò ai celebri orologi Rolex apportandovi delle migliorie: la più significativa fu lasciare che la massa oscillante fosse libera di muoversi per migliorare l'efficacia della ricarica. Inoltre, il meccanismo di Wilsdorf si poteva caricare anche manualmente.

Le complicazioni

In orologeria si definiscono complicazioni tutte quelle funzionalità aggiuntive presenti in un orologio oltre alla visualizzazione dell'ora. La ripetizione minuti fu creata nei secoli scorsi in modo da permettere di sapere l'ora esatta anche di notte. Consiste nell'indicazione sonora dell'orario, azionata da uno o più martelletti che fanno suonare due linguette metalliche chiamate "gong", che di solito si sviluppano intorno al movimento. Il tourbillon, inventato inizialmente da Abraham-Louis Breguet nel 1795 e sviluppato successivamente da Franck Muller nel 1983, fu ideato per incrementare la precisione degli orologi. Consiste in un dispositivo rotante detto gabbia che al suo interno contiene l'organo regolatore dell'orologio, ovvero il gruppo bilanciere, spirale, ancora e ruota di scappamento. La rotazione su di uno o più assi di questo gruppo in un arco di tempo prestabilito, di solito 60 secondi, compensa i pur piccoli effetti della gravità sulle masse in movimento e permette così una maggiore precisione di marcia dell'orologio.

Calendari

Calendari semplici

Sono complicazioni che possono fornire la data del giorno. Devono essere regolate manualmente più volte all'anno in quanto non tengono conto della differente durata dei mesi:

• data semplice: fornisce il numero del giorno rispetto al mese, in modo analogico o digitale.
• doppia data o gran data: fornisce il numero del giorno rispetto al mese mediante la combinazione delle due cifre. Ognuna delle due cifre è infatti ospitata su un differente piano.
• daydate: fornisce il numero del giorno rispetto al mese e rispetto alla settimana, in modo analogico o digitale.
• triplo calendario: fornisce il numero del giorno e del mese e il nome del giorno della settimana mediante un sistema che può essere analogico o digitale.
• calendario settimanale: fornisce il numero del giorno, del mese, il nome del giorno della settimana e il numero della settimana rispetto all'anno.
• fasi lunari: fornisce indicazioni relative alla fase lunare. Può essere integrata al calendario.
• equazione lunare: fornisce indicazioni relative alla differenza presente tra il ciclo lunare segnato dall'apposita complicazione ed il vero ciclo astronomico. Tale complicazione non è attualmente in produzione.
• calendario completo: fornisce il numero del giorno, del mese, il nome del giorno della settimana, il numero della settimana rispetto all'anno, l'indicazione delle fasi lunari.

Calendari complessi

Sono complicazioni che possono fornire la data del giorno. Rispetto ai calendari semplici presentano dei meccanismi automatizzati:

• calendario annuale: fornisce la data, il giorno, il mese e spesso pure le fasi lunari, similarmente al calendario completo. A differenza di quest'ultimo, riconosce in automatico la durata dei mesi, fatta eccezione per febbraio.
• calendario quadriennale o bisestile o semi-perpetuo: rappresenta la naturale evoluzione del calendario annuale. A differenza di questo, riconosce pure l'esistenza dei mesi da 28 giorni. Non riconosce l'anno bisestile.
• calendario perpetuo: rappresenta il perfezionamento del calendario quadriennale, riconoscendo la durata di tutti i mesi. Deve essere regolato il 1º marzo di tutti gli anni di fine secolo recanti doppio zero terminale e non divisibili per 400.
• calendario secolare: evoluzione del calendario perpetuo, tiene presente l'esistenza di anni bisestili irregolari.
• equazione del tempo: indica su apposito settore circolare la differenza presente tra ora civile ed ora solare.
• equazione tempo marciante: evoluzione dell'equazione del tempo che sfrutta la presenza di due lancette.
• calcolatore dell'alba e del tramonto: indica l'ora del sorgere del sole e del suo tramonto su una precisa latitudine.
• data della Pasqua: indica la data della Pasqua secondo le regole attualmente vigenti. In caso di modificazione delle stesse, deve essere adattata.
• calendario provvisto di indicazioni astronomiche: fornisce numerose informazioni relative al movimento dei pianeti e degli astri.

Cronografi

Il cronografo semplice è un cronometro in grado di registrare il tempo misurato. La necessità di misurare il tempo a partire da un esatto istante portò infatti all'elaborazione dei primi cronografi medicali (su base 60 pulsazioni) per misurare il battito cuore|cardiaco, balistica|militari (per calcolare la distanza percorsa dai proiettile|proiettili sparati dall'artiglieria sulla base della differenza tra momento dello sparo e dell'esplosione) e più in generale per misurare la produzione oraria di qualsiasi attività manifatturiera partendo dai dati unitari (tot pezzi al secondo = tot pezzi al minuto e all'ora). L'invenzione del cronografo è attribuita all'orologiaio Francia|francese Nicolas Rieussec. I primi cronografi nacquero con l'aggiunta di due quadrantini supplementari (solitamente a ore tre e a ore nove) per l'affissione dei secondo|secondi continui e dei minuto|minuti della misurazione cronografica, mentre i secondi della stessa venivano visualizzati da un'apposita lancetta centrale con partenza da ore dodici. Tappe fondamentali della storia del cronografo sono l'introduzione nel 1969 del primo cronografico automatico ad opera della Zenith (orologi)|Zenith (che, tra l'altro, adotta un movimento a 36.000 alternanze contro le usuali 28.800 della stragrande maggioranza degli orologi) e negli anni recenti lo "spostamento" da parte della Eberhard & Co.|Eberhard dei contatori supplementari su un'unica linea orizzontale, cosa che ha richiesto anni di progettazione.

Cronografi semplici

Si tratta della tipologia più semplice di cronografo, in grado di registrare la durata di un solo intervallo di tempo. Tale complicazione è disponibile in più varianti:

• chronostop: consente la misurazione del tempo intercorso fra due eventi, ma è sprovvisto di almeno una delle tre funzioni di base di un cronografo: partenza, arresto permanente o la rimessa a zeroazzeramento permanente.
• cronografo a un minuto: consente la misurazione di intervalli di tempo per la durata massima di un minuto.
• cronografo mono-pulsante: cronografo il cui funzionamento è regolato da un solo pulsante, attraverso il quale sono ottenibili le tre funzioni basilari in sequenza obbligata: partenza, arresto, azzeramento.
• cronografo con doppio pulsante: consente di far ripartire la quantificazione del tempo trascorso dopo che la funzione è stata messa in pausa, senza la necessità di azzerare.
• cronografo flyback o retour en vol: presenta una particolare funzione che permette di avviare un nuovo cronometraggio anche quando il cronografo è in marcia, evitando l'operazione di arresto.
• cronografo foudroyante o a secondi fulminanti: particolare tipologia di cronografo in grado di indicare quarti, quinti, ottavi o decimi di secondo.
• diablotine: funzione similare al cronografo foudroyante: differisce dalla precedente in quanto la sua lancetta non può essere arrestata.

Cronografi a rattrapante

Si tratta di una particolare tipologia di cronografo, in grado di registrare la durata di più fenomeni in contemporanea. È presente in più varianti:

• cronografo monorattrapante: sistema in grado di arrestarsi e di riprendere il moto recuperando il tempo perduto durante l'intervallo di pausa. È costituito da una sola lancetta e funziona per il tempo massimo di un minuto.
• cronografo a index mobile: particolare sistema di cronografo a rattrapante, sulla cui lancetta inferiore è presente una spirale. Premendo l'apposito pulsante, la lancetta si arresta; rilasciandolo, si allinea nuovamente all'altra: l'effetto è simile a quello del cronografo rattrapante ma può restare in funzione per il tempo massimo di un minuto.

Terminologia

Di seguito un glossario contenente alcuni dei termini più diffusi nell'ambiente dell'orologeria.

• Acciaio: nome di una lega di ferro e carbonio, molto diffusa per la realizzazione delle casse, si dice inossidabile se è una lega di ferro, cromo e nichel.
• Adjusted: dicitura che si riferisce alla regolazione del calibro.
• Alternanza: oscillazione del bilanciere dalla posizione x alla sua opposta y, che permette la classificazione dell'orologio in base alle alternanze orarie (A/h), solitamente 18000, 21600, 28800, 36000, in astratto proporzionali alla precisione.
• Analogico: aggettivo riferibile a un qualcosa che fa uso di lancette, sia esso l'indicazione dell'orario o una qualche complicazione.
• Ancora: elemento dell'organo distributore, intermedio tra scappamento e bilanciere.
• Ansa: elemento della cassa che collega la carrure al punto d'attacco del cinturino, di forma variabile.
• Anticipo: imprecisione dell'orologio nell'indicazione oraria, indicata con il simbolo + (più); nel caso sia per esempio + 3 secondi, a un'ora reale 08:50:25 l'orologio segnerà 08:50:28.
• Antimagnetico: orologio la cui qualità nell'indicazione oraria è aumentata dal fatto di non essere influenzata da eventuali campi magnetici sino a una precisa intensità, o perché il suo movimento è realizzato in materiali speciali, o perché esso è protetto con particolari strategie.