Off White Blog
Balance Time - Vi kaster øjnene på balancehjulet

Balance Time - Vi kaster øjnene på balancehjulet

Februar 25, 2024

I vores historie sidste nummer om balancefjederen - bogstaveligt talt det bankende hjerte af det mekaniske ur - kan det se ud som om denne komponent gør alt det tunge løft, så vidt angår back-office-virksomheden inden for timekeeping. Som enhver urmager vil fortælle dig selv - og et godt antal administrerende direktører for urmærker - er der ikke meget mening i at tale en ny balancefjeder, hvis man ikke også adresserer balancehjulet, og faktisk den håndtag, der impulerer systemet. I denne historie ser vi for det meste på selve balancehjulet med et par fora ind i historien og funktionsmåderne til randen, détente og schweiziske gearudgange. Hvad angår håndtag eller pallegaffel, bliver den nødt til at vente på et andet problem.

Vi begynder denne historie, hvor den sidste sluttede - på den note, at balancehjul og hårfjedre skal fungere sammen. Den bedste måde at forstå dette på er at tænke på forholdet mellem det mekaniske armbåndsur og penduluret. Ligesom pendelen er urets reguleringsorgan, udfører balancen og balancefjederen den samme funktion i armbåndsuret. Det betyder, at balance og balancefjeder skal tilnærme sig virkningerne af tyngdekraften. Vores tilbagevendende hovedperson for denne introduktion er ingen ringere end den hollandske fysiker Christiaan Huygens. Du vil huske, at Huygens var banebrydende i balancefjederen (perfektionerer den i 1675) og pendelen (af det førnævnte ur).



Mærkeligt nok synes balancehjulet at have eksisteret før Huygens tid - Huygens selv designet sit balancehjul og fjedersystem i randen udskillelsesstil. Faktisk havde Huygens og andre pionerer søgt efter den rigtige komponent til at skabe harmonisk svingning, og det manglende stykke var balancefjederen. Så resten af ​​randens undslip - det schweiziske gearsystem kom først senere - eksisterede før 1675.

Harmonisk svingning, som en fysisk egenskab, blev først undersøgt af Galileo Galilei, da han undersøgte funktionen af ​​pendler i den meget tidlige del af 1600-tallet. Det var Galileo, der opdagede isokronisme som noget iboende ved svingningen af ​​pendler. Dybest set er svingeperioden for et givet pendul relativt konsistent, uanset svingens størrelse. Med dette kunne man få en stabil tidtager, fordi så længe pendelen fortsætter med at svinge, holder uret ved at tikke i samme takt. Det er klart, at et ur, der krydsede med forskellige hastigheder afhængigt af svingningen af ​​pendelen, ville være mindre end nyttigt.

Galileo Galilei


Pendulet får denne isokrone egenskab fra tyngdekraften, hvilket betyder, at ure udstyret med pendler måtte være så stabile som muligt; bevægelse forstyrrer svingningen af ​​en pendul og indfører uønsket variation. Huygens afsluttede pendulur-projektet, der oprindeligt blev sat i gang af Galileo. Før pendulurets fremkomst brugte mekaniske ure en anden komponent til at simulere isokronisme: foliot. Ved at stole på inertielle kræfter var dette en vandret bjælke (med vægte i begge ender), der drejede nøjagtigt i midten. Den resulterende gyngerbevægelse, drevet af kinetisk energi fra en opspolingsfjeder, forsynede tiden med at holde tid.

Ved at skære direkte til nutidens mekaniske balanceenheder drejer balancehjulet omtrent halvanden gang i en retning, der udgør en sving. Dette er ca. 270 ° til hver side af balancehjulets midterste ligevægtsposition. En komplet cyklus er to af disse gynger, hvilket betyder to slag. Stabiliteten af ​​balancefjederen og hjulets træghetsmoment er nøgleelementer i ligningen, der bestemmer, hvor mange sekunder det tager at gennemføre en cyklus.

Når vi vender tilbage til emnet for balancehjulet og foliot, er det uklart, hvornår balancehjulet helt erstattede foliot. Det er sikkert, at introduktionen af ​​pendelen og balancefjederen bragte manglerne ved randens undslip til hård lettelse. Mange forskellige escapements konkurrerede om at erstatte det, inklusive spærrings- og cylinderudgange. I sidste ende var det både ankerudslipning og grebudslipning, der til sidst forseglede skæbnen for den engang dominerende kantudslipning.


Hvor passer balancebalancen ind i denne historie? Nå, en komplet beskrivelse findes i afsnittet om gearkuponer (gearing) samt den korte tl; dr ovenfor, men det tager et øjeblik at læse segmentet On the Verge, fordi det sætter scenen. Balancehjulet ser ud til at være den bedste form at arbejde sammen med den traditionelle spiral- eller balancefjeder.

I sin nuværende form har balancehjul en lang række udseendet, som kan opdeles i to hovedformer: glat og ikke-glat. Ja, ikke-glat er ikke særlig veltalende, men hvis man skal have en mere teknisk-lydende betegnelse, vil den være justerbar masse. Vi vælger at bruge ikke-glat, fordi dette vil omfatte skruede balancehjul, i sig selv ikke en særlig charmerende beskrivelse. Den ikke-glatte version af balancehjulet er traditionel med små skruer på hjulkanten. Dette må ikke forveksles med Gyromax af Patek Philippe, Microstella fra Rolex og en række muligheder fra Swatch Group (hovedsageligt fra Omega), som ser ud til at indeholde skruer på kanten eller på indersiden af ​​kanten.

Ulysse Nardin balancehjul

I princippet bruger ikke-glatte systemer vægte til at justere inertien af ​​balancehjulet - hvor langt skruerne er fastgjort i balancen bestemmer dette i versionerne med skruet balance. I det traditionelle system vil balancen blive håndjusteret af urmagere i en proces, der kaldes at skabe balance, eller balancere balancen; for de nyere balancekonstruktioner af den justerbare massesortiment er disse typisk klaret af computeren, når spiralerne er blevet fastgjort.

Det glatte balance hjul er også klar til at være fra fabrikken, med computere nu også involveret i denne proces. Det glatte balancehjul har en tendens til at være af Glucydur-sorten (se afsnittet Glucydur), mens nye vægte muligvis er lavet af silicium, med vægt i andre materialer. Eksempler på vildt opfindelige balancehjul inkluderer eksperimenter fra DeBethune, Ulysse Nardin og Patek Philippe.

PÅ KANTEN

Den vigtigste tekniske udvikling inden for ur- og urfremstilling, udviklingen af ​​randudslipningen i det 13. århundrede gjorde det muligt at fremstille al-mekaniske ure. Her er, hvordan David Glasgow beskrev arbejdet med randen undslip i sin bog fra 1885 Watch and Clock Making (beskrivelsen her er omskrevet og redigeret ned, hvor det er nødvendigt).

Salisbury katedralur viser, hvordan det første randur så ud, med tilladelse fra Wikipedia

Kanten udslip består af et kroneformet hjul med fremspringende savtandformede tænder; dens akse er orienteret vandret. En lodret stang, randen, er placeret foran kronehjulet med to metalplader (paller), der griber ind i tænderne på modsatte sider af kronehjulet. Pallerne er orienteret med en vinkel imellem, så kun en fanger tænderne ad gangen. Enten er et balancehjul eller en pendul monteret i enden af ​​kantrangen.

Balancehjulet ser ud til at have eksisteret før Huygens tid - Huygens selv designet sit balancehjul og fjedersystem i randen eskapementstil

Når tandhjul leverer energien fra en afviklet spiralfjeder til kronehjulet, skubber en af ​​kronhjulets tænder på en palle og drejer randen i en retning. På samme tid roterer denne handling den anden palle ind i tændernes bane på den modsatte side af hjulet, indtil tanden skubber forbi den første palle. Derefter kommer en tand på hjulets modsatte side i kontakt med den anden palle, drejer randen tilbage i den anden retning, og cyklussen gentages.

Så hvad der begyndte, når den uregulerede rotering af kronehjulet omdannes til svingningen af ​​randen. Dette sætter pendelen eller balancen / folien i bevægelse. Hver svingning i balancen / folien eller pendelen giver således en tand på flugthjulet mulighed for at passere, hvilket gør urværkets bevægelse regelmæssig. Urtoget på uret går frem med et fast beløb og bevæger hænderne fremad med en konstant hastighed.

Det andet kanten pendulur bygget af Christiaan Huygens, takket være Wikipedia

Kronehjulet skal have et ulige antal tænder for, at opsvinget kan fungere. Med et jævnt nummer vil to modstående tænder komme i kontakt med paller på samme tid og sætte fast i undslipningen.

Med indførelsen af ​​pendelen giver ankerudslipningen en mere naturlig handling for ure, så det begyndte at erstatte randens undtagelse.

GEARING

Udviklet af Thomas Mudge er grebets undslipning bogstaveligt talt undslip fra det moderne mekaniske wrtistur. Vi er endnu en gang i gæld til Glasgow's bog til information sammen med TimeZones urmagerskole. Den korte beskrivelse af, hvordan det hele fungerer nedenfor, er afledt af disse kilder (for det meste disse sektioner af Walt Odets).

I standardhåndtagsudslipning, også kendt som den schweiziske håndtagsafgang, spiller flugthjulet og pallegaflen hovedroller (ingen ordspil beregnet). Flugthjulet er gearet til hjulet toget, hvilket leverer en impuls til pallegaflen. Pallegaflen modtager denne impuls og leverer den til balancehjulets aksel og drejer således balancehjulet. Balancefjederen bringer balancehjulet tilbage til sin statiske centerposition og sender en impuls via skaftet til pallegaflen, som derefter interagerer igen med flugthjulet.


Hvad der var ureguleret kraft fra hovedafkom leveres således til balancehjulet. Balancehjulet returnerer reguleret kraft til hjulet toget, som derefter går videre med et fast beløb, og bevæger tidens hænder med et fast beløb.

Hver frem og tilbage bevægelse af balancehjulet fra og tilbage til sin midterste position svarer til bevægelsen af ​​flugthjulet med en tand (kaldet et slag). En typisk opsving af urhåndtag slår med 18.000 eller flere slag i timen, nogle gange også kaldet vibrationer i timen. Hver takt giver balancehjulet en impuls, så der er to impulser pr. Cyklus (det samme som randens undslip). På trods af at det er låst i resten det meste af tiden, roterer flugthjulet typisk med et gennemsnit på 10 o / min eller mere.

Oprindelsen af ​​“tick tock” -lyden er forårsaget af denne undslipningsmekanisme. Når balancehjulet gynger frem og tilbage, høres den tickende lyd.

GLUCYDUR OG ALTERNATIVE MATERIALER

Mens Glucydur-balancen ser ud til at dominere, med sin legering af beryllium, kobber og jern, er der andre slags balancehjul. Scanning af auktionskataloger, det mest typiske alternativ er balanceringshjulet med guld-kobberlegering. Funktionelt udfører begge typer af balance det samme trick, men nogle yderligere detaljer kræves for at forstå, hvad der sker her.

Det centrale spørgsmål er temperaturvariation, fordi balancefjederens masseegenskaber ændres, når den udvides eller sammentrækkes.Naturligvis vil dette påvirke tidtagerhastigheden, fordi det vil påvirke svingningerne i balancehjulet. Faktisk er balancehjulet også udsat for termisk variation. Både guld-kobber- og Glucydur-legeringer har fremragende lineære ekspansionskoefficienter, mellem +14 og +17 x 10-6 / ° K, og derfor finder disse materialer fortsat fordel i dag hos urproducent. Intet er imidlertid perfekt, og når disse legeringer udvides, vil undslipningen ikke længere være isokron.

Det seneste forsøg på at tackle dette problem var Zenith Defy Oscillator, som også er den mest radikale undslipning siden Huygens tid. Den kombinerer faktisk pallegaffel, balancehjulet og hårsprøjten i én siliciumstruktur. Et ikke-metallisk materiale, silicium behandles forskelligt for at håndtere termisk variation, typisk ved anvendelse af f.eks. Et siliciumoxid. I tilfælde af dette Zenith-system er det ikke så ligetil, da alle elementer i undslipningen er i ét stykke.

Vi vil se mere dybtgående på dette system sammen med Genequand-oscillatoren (Parmigiani Fleurier), Ulysse Nardin Anchor-undslipning og Girard-Perreguax konstant styrkeudslip i vores emner i 2020.

Relaterede Artikler