Breve trattato di orologeria

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Fin dagli albori del suo percorso evolutivo l’uomo ha sentito la necessità di scandire, con momenti ben determinati, il trascorrere della propria giornata. Il Sole sicuramente è stato il primo strumento “segnatempo” utilizzato per questo scopo, il suo apparente movimento da Est verso Ovest produceva l’allungamento dell’ombra sia nel cacciatore che nel raccoglitore primitivo, mettendolo in guardia dall’avvicinarsi dell’oscurità fonte di sicuro pericolo.
Si può, quindi, dedurre che l’osservazione dei fenomeni atmosferici sono alla base dei primi tentativi di misurare lo scorrere del “tempo”. Il loro ripetersi con esatta ciclicità ne fanno un strumento affidabile ed un punto di riferimento costante.
Osservando con attenzione il corso della storia ci rendiamo conto che la ricerca di congegni, sempre più accurati, non è mai stata abbandonata e che nelle varie epoche troviamo sempre uno o più artigiani in grado di applicare le innovazioni che la tecnologia corrente poteva offrire per inventare o migliorare i dispositivi che indicano l’ora corrente.
Ovviamente, prima di giungere a dei meccanismi complessi sono passati diversi secoli in cui però l’ingegno dell’uomo ha supplito alle carenze cognitive creando comunque degli strumenti in grado di indicargli il passare delle ore, vediamone i più significativi.
Come accennato in precedenza, lo sfruttamento dei raggi solari è stato lo spunto per la realizzazione dei primi tentativi di controllo dell’astro luminoso; ne troviamo traccia, in era Neolitica, nelle enormi stele di pietra, i “Menirh” singoli o in gruppi, come quello di “Stonehenge” o quelli ritrovati in Bretagna, Sardegna e Spagna, ma ve ne sono anche tracce in Asia ed in Africa. Oppure, nel sofisticato “Merkhet” in uso presso gli Egiziani.
Sicuramente, lo “Gnomone” è stato di certo il più geniale, che si è evoluto in seguito nella Meridiana. Da semplice asta infilata nel terreno ad una scienza vera propria, tutt’oggi in uso detta appunto Gnomonica, la quale studia il percorso del Sole attraverso la proiezione delle ombre, prodotte dai fasci luminosi di questa stella su di un apposito piano graduato.
La Clessidra, di cui si ha traccia fin dal 325 a.C., rappresenta il primo apparecchio; ad indicare il tempo, non influenzato da eventi atmosferici, ma determinato da un fluido, l’acqua, che si travasa da un vaso ad un altro e tramite delle apposite tacche, ricavate all’interno, si legge l’orario controllando il livello del liquido. Il suo perfezionamento portò all’Idrocronometro; famoso per la precisione e l’ottima fattura quello realizzato dall’architetto romano Marco Vitruvio, attivo nella seconda metà del primo secolo a.C.

Figura n. 1 - Montaggio di un rubino

Figura n. 1 – Montaggio di un rubino

Figura n. 2 - Assortimento di pietre

Figura n. 2 – Assortimento di pietre

Figura n. 3 - Operazione di oliatura

Figura n. 3 – Operazione di oliatura

Anche la clessidra si trasforma nella forma oggi conosciuta dai più, ovvero due ampolle posizionate in un telaio cilindrico e rastremate nella parte centrale con all’interno della finissima “sabbia” che in realtà si otteneva tritando finemente i gusci delle uova. La lettura del tempo si evinceva da quanto impiegava il materiale a trasferirsi dal contenitore superiore a quello inferiore, a questo punto si capovolgeva lo strumento ed il conteggio ripartiva.
Molti altri esempi si possono citare dall’Astrolabio, complesso regolo calcolatore alla semplice candela a settori, dove porzioni uguali di cera rappresentano all’incirca un ora e sciogliendosi indicano il suo avvenuto trascorso.
Questi strumenti più o meno complicati nell’uso o nella realizzazione ,hanno accompagnato lo scorrere delle Civiltà per molti secoli ma per vedere l’origine dell’orologeria meccanica bisogna attendere fino all’anno 1000.
Siamo in pieno Medioevo e quando tutte le Scienze e le Arti subiscono un brusco rallentamento e le preziose informazioni acquisite sembrano ormai disperse, il mondo dell’orologeria non si arresta e si avvale di due importati innovazioni. La prima, legata al mondo della siderurgia in cui la lavorazione del metallo si perfeziona, è la creazione della “molla” che sostituisce il peso e la seconda riguarda il sistema definito di “scappamento”.
L’impulso viene sicuramente dal grande sviluppo dell’ordine Benedettino, congregazione monastica attiva in Monasteri completamente autonomi, delle vere e proprie oasi di lavoro e cultura dove la sicurezza rispetto al barbarico mondo esterno e la totale indipendenza lasciava ampio spazio allo studio ed alla sperimentazione.

Figura n. 4 - Orologiaia all’opera

Figura n. 4 – Orologiaia all’opera

Figura n. 5 - Fase di restauro di uno piccolo pendolo

Figura n. 5 – Fase di restauro di uno piccolo pendolo

Nasce così lo “Svegliarino monastico”, inizialmente in grado solo di battere le ore ed usato come un moderno Timer, questo si evolve lentamente con l’aggiunta del quadrante, indicante le 24 ore ed un cuore pulsate detto “Foliot”. Questo primordiale scappamento, comunque in uso per circa 350 anni, lasciava “scappare” un dente alla volta della ruota riscontro (oggi ruota di scappamento) tramite le oscillazioni alternate di un asta sospesa ad una corda di canapa e con all’estremità due pesi regolabili. L’intervallo tra uno scatto e l’altro determina il conteggio delle ore. Ad ogni mezzodì veniva rimesso in orario facendo riferimento all’ombra proiettata dalla meridiana.
Per capire il funzionamento e l’evoluzione dell’orologio meccanico moderno, attraverso i suoi componenti e come interagiscono tra loro partiamo dall’Organo motore, che vede nella molla di carica la protagonista principale.
Anche l’orologio, come qualsiasi apparato meccanico in grado di svolgere un lavoro, necessita di una forza motrice che lo alimenti e mantenga costante il suo rendimento: non trovandoci nel vuoto, ma soggetti alla forza di gravità e ad una serie di attriti di varia natura, si creano delle resistenze da eliminare per ottimizzarne il funzionamento.
Con l’apparire dei primi orologi meccanici – siamo all’incirca nel 1300 – la soluzione al problema di trovare l’energia in grado di muovere gli ’ingranaggi che componevano queste macchine, venne individuata brillantemente con l’utilizzo di grosse pietre che, sospese a dei cavi, opportunamente realizzati, mettevano in funzione non solo la parte preposta alla misura del tempo ma anche quella riguardante la suoneria.
Come tutte le parti del segnatempo, anche la scelta del peso ed ovviamente la lunghezza della fune, a cui era agganciato, derivavano da calcoli ben precisi. L’energia da erogare, inoltre, è in stretta relazione con l’amplitudine che il sistema regolatore (pendolo o bilanciere) deve ottenere, tenendo presente che tanto sarà maggiore l’ampiezza da raggiungere e più gli impulsi dovranno essere intensi.

Figura n. 6 - Implosione di una molla di carica dentro al bariletto (caso estremo

Figura n. 6 – Implosione di una molla di carica dentro al
bariletto (caso estremo

Deve essere considerato, poi, che una parte della forza si disperde nel contrastare l’attrito tra i perni delle ruote e le loro sedi, nell’ingranamento tra ruote e pignoni e per l’inerzia raggiunta dai componenti in moto. Nel concetto di forza motrice non dobbiamo prendere in considerazione solamente il peso della pietra (massa), visto che la sua azione non è diretta sull’asse di rotazione.
La corda che lo sostiene, infatti, si arrotola su di un cilindro (Tamburo), alla cui estremità si trova la dentatura che dà inizio alla trasmissione di moto; il raggio del tamburo è da considerarsi come una leva per cui l’effetto del peso non dipende solo dalla sua intensità ma anche dalla lunghezza del braccio.
Applicando la formula per calcolare il “momento” necessario per imprimere la forza di rotazione, avremo
M = R x P,
ossia, Momento = Raggio x Peso.
A questo calcolo, però, bisogna aggiungere anche il peso della corda oppure, con influenza ancora maggiore, quello della catena, che ovviamente aumenta con lo srotolarsi.

Figura n. 7 - Ruota dentata e asse con pignone prima della “calettatura”

Figura n. 7 – Ruota dentata e asse con pignone prima della “calettatura”

Figura n. 8 - Compasso per ottenere il giusto ingranamento

Figura n. 8 – Compasso per ottenere il giusto ingranamento

Figura n. 9 - Assortimento ruote di scappamento a 15 denti

Figura n. 9 – Assortimento ruote di scappamento a 15 denti

Il passaggio tra il sistema con peso discendente e quello con molla avviene progressivamente e non se ne ha una datazione certa. Si trovano tracce già verso la fine del 1400, ma è probabile che contestualmente allo stesso periodo diversi artigiani siano giunti allo stesso risultato. Bartolomeo Manfredi di Mantova, a testimonianza del genio italico, nel 1462 armò i propri meccanismi di un cilindro esternamente dentato con una molla al suo interno.

Spesso il costruttore in grado di produrre molle era un fabbro che aveva acquisito una buona conoscenza dell‘acciaio attraverso l’esperienza e la sperimentazione, come ad esempio Peter Henlein di Norimberga: una statua lo ritrae intento ad osservare una sua creazione, e come fabbro/orologiaio produsse verso la metà del 1500 diversi piccoli orologi, con alimentazione a molla.
L’effetto della modifica del sistema di forza motrice, abbinato alla sostituzione del pendolo con il bilanciere consente finalmente di costruire orologi dalle dimensioni minori e trasportabili, facilitando così lo sviluppo di questo strumento nella vita quotidiana di ognuno.
Ovviamente, le prime molle costruite non garantivano sempre una corretta alimentazione dell’orologio ed anche la durata strutturale non era certo ai massimi livelli. Per ovviare al problema, gli orologiai dell’epoca misero a punto dei sistemi molto ingegnosi, quale ad esempio quello della “Fusèe” conosciuto anche come “Conoide”, o quello della Croce di Malta, entrambi in grado di gestire una erogazione della forza in maniera omogenea, oppure lo “Stackfreed” che invece ne dissipa quella in eccesso.

Dopo questa breve ma doverosa introduzione storica, vediamo ora dove questa evoluzione ci ha condotto. Per riuscire a comprendere al meglio il funzionamento dell’orologio divideremo lo stesso in due lati di osservazione ben precisi.
La base su cui tutto si sviluppa prende il nome di “platina”, ed è il supporto principale dove vengono ricavati tutti gli alloggiamenti per i diversi componenti.
Il lato del quadrante, lo chiameremo “A”, mentre il lato posteriore con il bilanciere ben visibile, lo denomineremo “B”.
L’orologio solo tempo, dunque, si compone di 4 parti ben definite:
• Lato “A”, dove troveremo l’organo di carica e rimessa dell’ora;
• Lato “B”, che accoglie l’organo motore, il treno del tempo e lo scappamento.
Le meccaniche di entrambi i lati, ovviamente, interagiscono tra loro fornendoci i secondi, i minuti e le ore.
Vedremo adesso nel dettaglio i componenti ed il funzionamento di questo sistema posizionato nella parte “B”; gli elementi sono:
– Bariletto (Albero di rotazione, Molla, Coperchio);
– Rocchetto di carica;
– Ruota a corona;
– Cricco d’arresto.
Il bariletto è posto in un apposito alloggiamento ricavato nella platina e tenuto in sede da un ponticello dedicato che lo trattiene (ponte del bariletto). Nella superficie a vista del ponte vengono montati in sequenza, tramite l’ausilio di viti, il rocchetto di carica, ben riconoscibile per le sue notevoli dimensioni e per il foro a sezione quadrata, la ruota a corona, la cui vite di fermo nel 90% degli orologi ha sviluppo sinistro, ed interposto tra il tenone filettato (in ottone) e la ruota stessa (in acciaio), si trova un anello anche esso del medesimo materiale per eliminare la forte usura provocata dall’attrito nel momento di carica. Infine, di regola, troviamo il sistema di arpionismo, ovvero l’ insieme di un cricchetto (nottolino), di forma variabile, il quale spinto da una molletta, è tenuto costantemente aderente ai denti del rocchetto di carica permettendo la rotazione di armamento della molla ma non il suo retrocedere.

Figura n. 10 - Particolare del sistema anti urto tipo “Parachute”

Figura n. 10 – Particolare del sistema anti urto tipo “Parachute”

Figura n. 11 - Treno di ruote completo

Figura n. 11 – Treno di ruote completo

Figura n. 12 - Smontaggio gioco sfere

Figura n. 12 – Smontaggio gioco sfere

Questa spinta, però, deve essere estremamente delicata in quanto la forza di resistenza del cricco va aggiunta a quella necessaria per caricare la molla. Inoltre, se la tensione del nottolino sul rocchetto di carica risulta eccessiva la sua spinta si somma a quella della molla e si rischia la sovratensione della stessa. Questo può causare sia la rottura della lamina che il ribattimento nello scappamento.
All’interno del bariletto, nella parte centrale, è presente un foro dove si trova la sede dell’albero di rotazione della molla: tale asse viene anche denominato nocciolo. La sua dimensione deve rispondere a delle caratteristiche ben precise in quanto darà inizio alla piegatura della molla durante la fase di caricamento, punto decisamente critico: spesso, infatti, si individuerà la frattura della stessa proprio in questa regione.
Il diametro dell’asse determinerà il raggio di curvatura della molla. A metà sezione del nocciolo si ricava un dente al quale si aggancerà la molla tramite una apposita asola sagomata. Tale zona (il centro della molla) prende il nome di coquillon, termine francese tuttora in uso: un dente troppo pronunciato può causare la deformazione e la conseguente rottura del sistema. Il nocciolo, salvo rari casi particolari, si presenta con una delle due estremità di rotazione di forma quadrata; questa sporge di alcuni decimi millimetro dal ponticello che assicura il bariletto alla platina e si alloggia perfettamente nella sede, anche essa quadrata, del rocchetto di carica. Questo tipo di trasmissione evita pericolosi slittamenti.
Il diametro dell’asse e lo spazio occupato dalla molla scarica dovrebbero essere ciascuno di 1/3 del diametro interno del bariletto: tale indicazione non sempre è rispettata.

Figura n. 13 - Controllo numero di oscillazioni di un bilanciere

Figura n. 13 – Controllo numero di oscillazioni di un bilanciere

Figura n. 14 - Microscopio elettronico per controlli accurati

Figura n. 14 – Microscopio elettronico per controlli accurati

Figura n. 15 - Piano di lavoro

Figura n. 15 – Piano di lavoro

Uno dei lati del contenitore dell’organo motore è ovviamente apribile, tramite un coperchio a scatto, per consentire tutte le operazioni di manutenzione (lubrificazione e sostituzione).
Nella parete interna del contenitore è presente una sagomatura apposita per agganciare l’ultima spira della molla tramite un sistema chiamato brida: tale aggancio si è rivelato di fondamentale importanza, e nel corso degli anni sono stati costruiti ed applicati molti tipi di bride differenti, tutte comunque studiate per sfruttare al massimo le caratteristiche di spinta della molla.
Il problema risiede nel fatto che la molla agganciata nei due punti sopra citati non si sviluppa in modo concentrico, ma le spire si producono tutte dalla stessa parte con riduzione del rendimento di carica ed una forte usura del nocciolo e del bariletto: oggi le tipologie di bride prodotte garantiscono una buona centratura.
Un altro fattore da tener presente è la forma data alla molla: fino agli anni ‘50 si costruivano lamine con disegno a spirale, struttura, poi definitivamente abbandonata, per quella cosiddetta a forma rovesciata o più semplicemente ad “S”. La molla è in definitiva un nastro di acciaio che arrotolato su di un asse cerca di riprendere la sua forma primitiva.

Figura n. 16 - Albero e ruotini per la carica e la rimessa oraria

Figura n. 16 – Albero e ruotini per la carica e la rimessa
oraria

Questo apparente semplice schema è la base di qualsiasi orologio meccanico da polso , e per qualsiasi intendo tutti, senza distinzioni di marca, manifattura, prezzo od altro. Su questa “base” vengono poi aggiunte le complicazioni: il calendario, l’automatico oppure il modulo cronografico. Sarebbe infatti impossibile formare degli orologiai in grado di operare su centinaia o più modelli di macchine differenti tra loro, i corsi si basano infatti proprio sulla comune teoria di funzionamento dell’orologio che il tecnico deve imparare in modo impeccabile così da applicarla su ogni meccanica che gli viene sottoposta. Sarà la sua abilità manuale e la qualità delle nozioni apprese a far si che operi su marchi prestigiosi o meno.
Stabilito in maniera univoca come si genera la forza motrice necessaria al corretto funzionamento di un orologio da polso, equipaggiato da un sistema a carica manuale, prenderemo ora in esame come quest’energia consente il moto al nostro segnatempo.
Il “carburante” necessario a far oscillare l’orologio ha origine da una molla con sviluppo concentrico, contenuta e protetta all’interno in un apposito involucro meccanico denominato Bariletto. Avvolgendosi al suo interno grazie alla rotazione di un asse, che noi stessi attiveremo nell’operazione di carica, raggiunta la sua massima compressione, si arresterà e svolgendosi trascinerà anche il bariletto il quale provvisto di una dentatura esterna darà vita a tutto il meccanismo.
Figura n. 17 - Ingranaggi per movimento del gioco sfere

Figura n. 17 – Ingranaggi per movimento del gioco sfere

La forza ottenuta non è applicata direttamente sull’organo regolatore (bilanciere) ma opportunamente ridotta e resa il più costante possibile. Il compito è affidato ad una serie di ingranaggi meccanici, questi consentono di realizzare delle trasmissioni di moto precise ed affidabili. Inoltre dove necessario è possibile produrre delle variazioni sia di velocità sia di “coppia”.
Vediamo nel dettaglio come si compone la ruota di un orologio. Questo ingranaggio rotativo è principalmente formato da due parti: la ruota dentata ed il pignone, questi vengono uniti tra loro attraverso un procedimento meccanico estremamente preciso e robusto detto “calettatura”. La parte centrale, che farà da struttura portante, si ottiene da una barretta cilindrica, in acciaio, dove si ricavano per asportazione di materiale l’asse di rotazione, i perni ed il pignone, le cui sagome dei denti prendono il nome di “ali”. La ruota dentata è ricavata invece in una lega di ottone particolare detto appunto da orologeria, la sua caratteristica risiede nell’aggiunta di una piccola percentuale di Piombo, 2 – 3 %, che ne rende possibile la lavorazione tramite macchine utensili. Ad esempio il Cu-Zn37-Pb2 dove Il truciolo di risulta non forma i classici filamenti allungati, propri dell’ottone generico, che ostacolano determinate tecniche produttive in serie.

Figura n. 18 - Ruotismo sotto quadrante

Figura n. 18 – Ruotismo sotto quadrante

La semplicità delle forme di una ruota dentata, cui siamo abituati dato il suo largo impiego, non deve però trarci in inganno infatti dietro alla sua realizzazione si celano calcoli complessi e laboriosi. Soprattutto quelle che riguardano l’orologeria in quanto il perseguire la massima precisione è l’obbiettivo principale. Il movimento tra i denti delle ruote presenta un deprecabile inconveniente di strisciamento tra i fianchi dei denti stessi e quindi il punto di contatto si muove lungo la linea d’ ingranamento, questo determina una variazione continua tra esso ed i centri delle ruote causando una variabilità di costanza nel rapporto di trasmissione.
La soluzione è nel profilo del dente ed è proprio su quest’ultimo che gli Ingegneri lavorano per ottenere la trasmissione “perfetta”. E’ dimostrato, infatti, che i profili non sono altro che delle “curve” dove l’ingranamento ideale si raggiunge quando il loro punto di contatto corrisponde esattamente al punto di tangenza tra le due circonferenze “primitive” delle ruote stesse.
Il “cerchio primitivo” è una circonferenza teorica di riferimento in base alla quale si determina l’accoppiamento tra gli ingranaggi. Il taglio attualmente più utilizzato nella produzione di serie e quello in grado di generare una sagoma detta “evolvente” ma grandi Maison come la Patek Philippe ne utilizza un tipo, ovviamente coperto da brevetto, con profilo ulteriormente ottimizzato.

Figura n. 19 - Smontaggio parti del datario

Figura n. 19 – Smontaggio parti del datario

Figura n. 20 - Ancora di scappamento

Figura n. 20 – Ancora di scappamento

Figura n. 21 - Parti magnetizzate

Figura n. 21 – Parti magnetizzate

Figura n. 22 - Platina sezionata per studio trasmissione

Figura n. 22 – Platina sezionata per studio trasmissione

Figura n. 23 - Pinza dispositivo “rattrappante”

Figura n. 23 – Pinza dispositivo “rattrappante”

Figura n. 24 - Bilanciere completo

Figura n. 24 – Bilanciere completo

Il “treno di ruote” – termine che in meccanica indica un insieme d’ingranaggi ben concatenati tra loro – nel nostro orologio di base il “solo tempo” e sempre composto di quattro ruote :
– la prima ruota, nei casi più tradizionali di costruzione occupa la posizione centrale della platina quindi è detta anche ruota di centro;
– la ruota intermedia;
– la ruota dei secondi;
– la ruota di scappamento
Questa sequenza rimane invariata in pratica su tutti i calibri indipendentemente dalle dimensioni, e tenendo ben presente che l’ingranamento, nell’orologio, avviene sempre tra i denti della ruota e le ali del pignone (dell’ingranaggio successivo) si comprende come sia possibile da parte del riparatore districarsi tra la moltitudine di meccanismi moderni o del passato in circolazione. E’ ovvio che il lavoro di manutenzione di un orologio vada ben oltre il semplice smontaggio e rimontaggio, come un gioco della Lego, ma imparare e memorizzare alcuni semplici principi di base sono sicuramente di ausilio per tutti gli Apprendisti alle prime esperienze e per chi desideri capire bene come funziona l’orologio.
Quindi: i denti del bariletto nelle ali del pignone dell’ruota prima (o di centro), i denti di questa nel pignone della ruota media la cui dentatura ingranerà nel pignone dei secondi ed i suoi denti nel pignone della ruota di scappamento. Tale sistema non è casuale ma regolato dal “Rapporto Moltiplicativo”, difatti se la ruota conduttrice è più grande (maggior numero di denti) rispetto a quella condotta (meno denti), per un solo giro della prima la seconda ne farà molti di più e così di seguito.

E’ proprio grazie a questo, infatti, che progettisti hanno lasciato invariato il numero delle ruote, mantenendo così le misure dei calibri per orologio da polso entro determinate misure, e per aumentare il valore delle alternanze orarie costruendo “semplicemente” ruote con numero di denti ed ali maggiori.
Prendiamo ad esempio un orologio che lavora a 18.000 Ah, per un 1 giro della sua ruota prima la ruota di scappamento (l’ultima del treno) ne farà ben 600. Basterà, ovviamente solo per le dinamiche concernenti il rotismo, incrementare le dentature di ruote e pignoni per ottenere 21.600 Ah lasciando invariato il numero totale delle quattro ruote.

Per la produzione in serie degli ingranaggi si utilizzano processi differenti in funzione dei costi e dei requisiti di precisione. Quello ad “inviluppo”, ottenuto con un movimento reciproco tra l’utensile chiamato “creatore” e la ruota stessa, con un azione simile all’ingranamento, consente ottimi risultati, ma vengono utilizzate anche altre tecniche come la Tranciatura, la Siterizzazione e lo Stampaggio.
La costruzione artigianale di una singola ruota comporta invece una lavorazione più lunga che non si addice agli standard economici delle grandi quantità. Il fascino di quest’operazione però resta sicuramente ineguagliato, per tutti gli appassionati della micro meccanica di precisione. L’orologiaio vede nascere un singolo dente alla volta attraverso l’azione combinata della fresa a “modulo” e del “divisore” e solamente grazie ai suoi calcoli e la sua esperienza, nell’ uso del tornio o della fresatrice, dopo un giro di 360° dello sbozzo liscio si ottiene una perfetta ruota dentata.
Il “treno di ruote” una volta montato sulla “platina” è mantenuto ben in sede da un apposito ponte che ne impedisce lo spostamento ma nello stesso tempo ne deve garantire sia il “gioco” assiale che laterale. Un serraggio troppo forte impedisce il corretto scorrimento degli ingranaggi causando funzionamenti anomali o peggio il blocco del meccanismo stesso.
Un altro problema affrontato dagli Orologiai del passato è l’attrito che si genera quando il perno di una ruota gira nella sua sede ricavata nella “platina” e nel ponte di alloggiamento. Genialmente risolto con l’introduzione dei rubini è senza dubbio una storia affascinante che accompagna questa nobile arte.
Dopo aver analizzato la maggior parte degli elementi che costituiscono il meccanismo di base di un orologio, con carica manuale, prendiamo ora in esame il «nemico numero 1» di tutti gli ingranaggi sia rotativi sia a leva: “l’attrito” o più correttamente la forza di attrito.
L’esistenza di questa forza era nota fin dall’ antichità; Aristotele nei suoi studi evidenziava che: «un corpo tende a fermarsi naturalmente se non è mosso da una forza qualunque». La difficoltà che incontrano due materiali a scivolare tra loro viene indicata con il “coefficiente d’attrito”, mentre la forza verticale è detta “carico”. L’attrito risulta essere la somma tra il coefficiente ed il carico, il suo effetto è la dissipazione (perdita) di energia e l’usura delle parti coinvolte.
Si distinguono varie tipologie di attrito: il radente (statico e dinamico), il volvente ed il viscoso. Tutti producono comunque degli effetti negativi nei congegni meccanici ed ovviamente anche l’orologio non ne viene risparmiato.
La soluzione si trova nel lubrificante, sotto forma di olio o grasso, questa sostanza interposta tra le parti in contatto crea un sottilissimo velo incomprimibile che contrasta temporaneamente l’attrito, infatti i lubrificanti hanno una durata ben precisa che varia sia per la natura della loro composizione e sia per la resistenza che devono sostenere.
Periodicamente le caratteristiche di tali sostanze, viscosità e densità, che permettono lo scorrimento degli ingranaggi, si stenuano e si rende necessario il lavaggio dei residui e l’applicazione di una nuova quantità.
Nei primi orologi i perni di rotazione delle ruote, in acciaio, giravano liberamente all’interno dei fori praticati nella “platina” e nei “ponti”, costruiti invece in ottone, ovviamente le durezze meccaniche che presentano i due materiali sono molto diverse. La pressione laterale esercitata sul perno dal sistema “molla/bariletto”, abbinata alla rotazione impressa alla ruota da quest’ultimo, consuma inizialmente la sede (foro) in maniera non regolare (tipo alesaggio) ma fuori centro creando così un nuovo alloggiamento con la classica forma ad “8”. Più lentamente ma anche il perno subisce un inevitabile danneggiamento, il risultato è facilmente intuibile la ruota oltre a perdere il gioco assiale non lavora più in linea con il proprio asse e la dentatura di conseguenza non ingrana con le ali del pignone seguente rispettando un’angolatura di 90 gradi, il profilo del dente a questo punto si deforma compromettendo tutto il corretto funzionamento dell’orologio.

Figura n. 25 - Sviluppo del treno di ruote

Figura n. 25 – Sviluppo del treno di ruote

Figura n. 26 - “Ottocifre” utensile per il controllo delle condizione ottimale del bilanciere

Figura n. 26 – “Ottocifre” utensile per il controllo delle condizione ottimale del bilanciere

Figura n. 28 - (da sx) Ruota scappamento- asse bilanciere- plateau- ancora

Figura n. 28 – (da sx) Ruota scappamento- asse bilanciere- plateau- ancora

Figura n. 29 - Molletta dell’«incabloc»

Figura n. 29 – Molletta dell’«incabloc»

Nicolas Fatio nel 1689 trova il rimedio definitivo inventando un procedimento per l’impiego delle pietre preziose forate, infatti, anche se opportunamente rivisto e migliorato secondo gli sviluppi tecnologici apportati durante gli anni il principio di base non è stato attualmente modificato. Si tratta dell’introduzione del “rubino”, la pietra di proporzioni minute veniva sagomata e forata con estrema abilità, tenendo conto degli strumenti di cui disponevano all’epoca gli artigiani. L’idea fu di inserire un materiale più duro tra i perni delle ruote e la loro sede di rotazione. Si crea così un “cuscinetto a strisciamento” che sostiene e guida il perno e ne consente un’accurata lubrificazione tramite un apposita svasatura ricavata al suo interno. L’olio è dosato nel rubino con degli utensili dedicati chiamati “oliatori”, costruiti in misure assortite raccolgono la giusta quantità di lubrificante in relazione alla dimensione della pietra e del carico che la ruota deve sostenere.

Figura n. 30 - Platina e ponte ruote

Figura n. 30 – Platina e ponte ruote

Figura n. 31 - Lubrificanti assortiti

Figura n. 31 – Lubrificanti assortiti

Figura n. 32 - Orologiaio al tornio da rettifica

Figura n. 32 – Orologiaio al tornio da rettifica

Figura n. 33 - Punzoniera

Figura n. 33 – Punzoniera

Perché la scelta del rubino? Per la sua semplicità è il componente all’interno del meccanismo che più ha sollecitato ed alimentato la fantasia dei possessori di un orologio, storie divenute vere e proprie leggende metropolitane riguardo a sostituzioni e sparizioni effettuate da Orologiai più simili ad un Arsenio Lupin che ad un vero tecnico che ne conosce la reale natura ed il suo concreto valore.

La “durezza” del rubino è inferiore solo a quella del diamante che quindi si utilizza nelle fasi di lavorazione. Inizialmente le pietre erano naturali e l’ impiego si limitava ad orologi molto importati e prestigiosi, ma nella fine del 1800 il chimico Auguste Vernuil mette a punto un procedimento per la produzione di corindoni (rubini) sintetici rivoluzionando il mondo dell’orologeria, il basso costo di produzione abbinato con l’alta qualità del risultato ottenuto consente il montaggio delle pietre praticamente in ogni meccanica, solamente i progetti veramente economici non ne usufruiscono.

Figura n. 34 - Panoramica della Scuola di Orologeria

Figura n. 34 – Panoramica della Scuola di Orologeria

Figura n. 35 - Piccolo capolavoro di micro meccanica

Figura n. 35 – Piccolo capolavoro di micro meccanica

Il forno, di sua realizzazione, è alimentato da una fiamma a idrogeno e ossigeno che raggiunti i 2200 gradi centigradi “sinterizza” una finissima polvere composta da ossido di alluminio (allumina) con l’aggiunta di cromo, con cui si otterrà il colore rosso. Questa è fatta cadere lentamente dall’alto su di un supporto creando così un effetto “stalagmite”. La somma dei vari strati forma una “Boule” che una volta raffreddata presenta tutte le caratteristiche tecniche del rubino ma non certo il suo prezioso valore economico. Nel 1886 l’industriale Giovanni Sinigaglia impianta, nella zona del Cremonese, una fabbrica per la realizzazione di rubini per orologeria, attività che si svilupperà rapidamente in tutta la zona con diversi centri di produzione specializzati in operazioni di meccanica di precisione. Tale iniziativa continuerà per quasi un secolo “sfornando” milioni di corindoni sintetici che montati nei maggiori punti d’attrito migliorano la precisione dei nostri orologi.

Figura A - Progetto disposizione componenti

Figura A – Progetto disposizione componenti

Figura B - Schema di smontaggio

Figura B – Schema di smontaggio

Figura C - Sezione di una cassa sub

Figura C – Sezione di una cassa sub

Figura D la B ed A del calibro base

Figura D la B ed A del calibro base

Figura E disegno virola Greiner

Figura E disegno virola Greiner

Figura F scappamento ad ancora Svizzero

Figura F scappamento ad ancora Svizzero

Il rubino, dato il suo più comune sistema di montaggio, viene indicato anche con il termine “pietra a forzamento o a pressione”, infatti il suo posizionamento, da parte dell’orologiaio, avviene tramite un utensile tipico di quest’arte denominato “punzoniera”. Si tratta di un attrezzo in uso fin dagli albori dell’orologeria, una ingegnosa piccola struttura fa da sostegno e guida ad un punzone che percosso da un apposito martelletto si muoverà perfettamente sulla sua verticale permettendo così un lavoro di estrema precisione. La pietra con un diametro leggermente superiore alla sede di montaggio viene “forzata” al suo interno bloccandola saldamente. Inoltre, il tecnico determinerà anche la profondità d’inserimento in modo da conferire il giusto “gioco assiale” all’ingranaggio.
Oltre a svolgere il compito di cuscinetto il rubino viene anche utilizzato nella costruzione dei sistemi di antiurto per gli assi del bilanciere, tale dispositivo ormai in uso in tutte le meccaniche svolge un’ azione di ammortizzatore salvando l’asse, entro certi limiti, da urti e sobbalzi.
Bisogna tener presente che la misura del coefficiente di attrito tra acciaio ed ottone è di µrd 0,44 mentre tra acciaio e corindone (pietra dura) diminuisce sensibilmente fino al valore µrd 0,12 (valori indicativi variabili in funzione della denominazione dell’acciaio). Se tra il perno ed il rubino inseriamo anche una piccola quantità di olio lubrificante l’effetto risulterà più duraturo e soprattutto il sottile “pivot” su cui grava tutto il carico della rotazione non subisce anomale deformazioni, come rigature e assottigliamenti.

Figura G - Schema completo

Figura G – Schema completo

Riguardo la composizione e la natura dell’olio per orologeria possiamo trovare una notevole quantità di libri e trattati con esperimenti e teorie spesso in contrasto tra loro. Anche il singolo orologiaio fino dagli albori di questa nobile arte ha sperimentato “ricette” più o meno empiriche che teneva rigorosamente segrete con il fine di migliorare le prestazioni del lubrificante. Possiamo raggruppare gli olii in tre categorie ben precise:
– olio animale;
– olio minerale;
– olio sintetico.
L’olio animale, usato per molti anni era ricavato dalla raffinazione del grasso di balena e dalle parti molli presenti negli arti terminali di ovini e bovini, da qui la diceria ovviamente falsa che tale lubrificante si estraesse dagli zoccoli o dalle corna di tali animali.
L’olio minerale fa la sua comparsa verso la fine del 1800, questo è strettamente legato alla scoperta del petrolio ed al trattamento dei prodotti che ne derivano, dopo una complessa operazione di bonifica si ottiene un olio in grado di resistere meglio alle alterazioni, come l’ossidazione, che abbreviavano la durata di quello animale.
L’olio sintetico è frutto della chimica, la continua ricerca dell’olio “ideale” ha portato l’attività industriale alla creazione di una serie di lubrificanti, con caratteristiche diverse, prodotti interamente in laboratorio, questi opportunamente catalogati con dei codici (ogni ditta ha i propri) possono essere applicati efficacemente nei diversi punti di attrito che si creano all’ interno dell’ orologio, garantendo così una lubrificazione ideale e bilanciata. Per esempio la resistenza allo scorrimento a cui e sottoposto l’asse del “bariletto” che sostiene la carica ed il conseguente scaricamento della molla, al suo interno, prevede una rotazione lenta, di fatti osservandolo in una meccanica in funzionamento non scorgiamo nessun movimento apparente, mentre in realtà si muove dando energia a tutto il sistema. L’olio da impiegare in questo caso deve essere più denso e viscoso di quello depositato sul perno della ruota di scappamento la cui velocità di scorrimento risulta visibile in maniera evidente e la forza applicata ai suoi perni è inferiore a quella sostenuta dal bariletto.

Figura H - Sequenza oscillazioni

Figura H – Sequenza oscillazioni

Figura I - Dispositivo anti urto «Kif»

Figura I – Dispositivo anti urto «Kif»

La considerazione e l’importanza che già i grandi orologiai del passato davano alla lubrificazione si evince dalla citazione del Maestro Rupert Gould qui di seguito riportata : «… per quanto l’orologio sia di ottima manifattura e per quanto sia stato abile il nostro lavoro, siamo comunque alla merce’ del lubrificante…».
Vediamo tecnicamente come agisce l’olio quando viene inserito nell’apposita svasatura ricavata nella parte superiore del rubino. Il primo fattore da tenere presente è la giusta quantità poiché una dose eccessiva produce un effetto frenante, mentre il contrario vanifica la funzione dell’olio e ne riduce la durata. Per ottimizzare quindi il lavoro si prende come riferimento la sommità del perno relativo alla ruota che si deve oliare, questo non deve essere sommerso e superato completamente ma rappresenta la “quota” massima che l’olio deve raggiungere. In tale maniera l’adesione che il lubrificante esercita sul perno e sulla pietra non permette alla gravità di farlo colare né verso la ruota, né verso l’esterno del rubino.
A temperatura costante quando le ruote hanno raggiunto una velocità stabile anche la coppia di attrito si stabilizza riducendosi notevolmente, mentre inizialmente a bassa velocità risulta essere incostante, da questo dato risulta quindi molto importante una fase di rodaggio del meccanismo affinché l’olio si distribuisca in uno strato sottile ed uniforme detto film. Il raggiungimento di questa condizione dipende direttamente dalla viscosità del lubrificante. Tale termine indica la rapidità di scorrimento tra le particelle che compongono l’olio, la viscosità si misura in cSt [Centistoke] prendendo il nome da Stoke suo inventore. Altra proprietà che distingue un olio è la densità, questa indica la quantità di molecole che lo costituiscono (ad esempio: il grasso è più denso di un olio). Entrambe le caratteristiche sono purtroppo molto sensibili ai cambi di temperatura, quindi la qualità degli olii per orologeria deve essere molto elevata in modo da garantire sempre un ottima resa indipendentemente dall’escursione termica. Anche la luce può creare alterazioni in questi lubrificanti, sono infatti detti “fotosensibili” la loro conservazione quindi deve essere al buio d’altronde vengono concepiti per lavorare all’interno della cassa che non prevede luce al suo interno.
Sono circa quaranta anni che le Maison di maggior rilievo – attraverso il settore della Tribologia1 – studiano il progetto di un orologio senza lubrificazione. La strada sembra essere quella dei materiali alternativi all’acciaio ed all’ottone come il diamante oppure il silicio o forse le materie sintetiche, la soluzione non sembra comunque vicina per il momento il lubrificante idrodinamico resta il migliore per l’utilizzo nell’ orologeria meccanica.
Altro impiego,accennato in precedenza, dei rubini, per altro non meno utile e fondamentale, è quello relativo ai sistemi Antiurto applicati sull’asse del bilanciere, la cui funzione di ammortizzatore salva i delicati perni o “pivot”, con diametri dell’ ordine di pochi centesimi di millimetro, dagli accidentali ma inevitabili urti di varia natura che l’orologio deve affrontare durante la sua onesta carriera di segnatempo.
Il capostipite di questi piccoli congegni è il prolifico genio dell’ orologeria L. A. Breguet, vista l’alta percentuale di rotture che presentava l’asse e l’importanza che tale piccolo componente riveste nella precisione di marcia, una soluzione andava trovata. Nasce così il “parachute” (letteralmente “paracadute”), l’invenzione si compone di una sottile lamina in acciaio fissata ad un estremità sopra il ponte del bilanciere in maniera da rimanere elastica, mentre dalla parte opposta un apposita sagoma mantiene all’interno della loro sede due rubini, la “pietra” forata che lascia passare il perno e la “contro pietra” con una superficie piana, perfettamente liscia e rivolta verso il pivot e la parte superiore convessa che aderisce perfettamente con la molla a lamina. Tra le due pietre si inserisce l’olio che risulta così protetto ed isolato dalla polvere e dall’aria che ne accelera il deperimento. Il dispositivo è ovviamente montato su entrambi i lati: A e B
Sottoposto ad un eventuale urto il sistema, chiaramente applicato ad un orologio da taschino, assorbiva il colpo spostandosi e salvato il pivot, immediatamente riposizionava le pietre che a loro volta si erano sollevate ripristinando la corretta oscillazione del bilanciere.
Con il parachute la via era ormai aperta e molti costruttori si sono dedicati alla costruzione di apparati in grado di ammortizzare gli urti.
Il grande miglioramento apportato dal sistema antiurto, a protezione degli assi di oscillazione del bilanciere ed inoltre la possibilità di ottimizzare le operazioni di lubrificazione hanno decretato l’adozione di questo principio praticamente da ogni costruttore di orologi .
Sono stati progettati e costruiti decine di modelli ma il sistema «incabloc» prodotto dall’omonima ditta ha nel tempo soppiantato tutti gli altri ed attualmente equipaggia l’80% degli orologi meccanici sul mercato il resto si avvale di sistemi auto prodotti come la Rolex con il suo «paraflex» oppure dei vari modelli realizzati dalla Kif-Parechoc.
Vediamo più nel dettaglio il funzionamento di questo piccolo “grande” dispositivo chiamato «incabloc» che ha salvato migliaia di assi del bilanciere. Il numero potrebbe sembrare troppo elevato, ma l’«Inca» come di norma viene chiamato dagli addetti ai lavori, è in attività da circa ottanta anni.

Nel 1933 due ingegneri del Politecnico di Zurigo, Fritz Marti e Georges Braunschweing, danno vita ad un progetto che oltre alla protezione del fragile pivot dell’ asse, mira alla creazione di una tecnologia modulare perfettamente adattabile ad ogni calibro.
Completamente pre-assemblato in fabbrica può essere inserito in qualsiasi ponte del bilanciere e “platina”.
Il blocchetto completo si compone di un castone che alloggia al suo interno due rubini, il primo forato che a sua volta è inserito in un minuto telaio che ne faciliterà la mobilità, il secondo senza foro con una superficie piana e l’altra convessa. Questi rubini prendono il nome rispettivamente secondo l’ordine di descrizione di “pietra” e “contro pietra” (alcuni manuali più datati chiamano quest’ultima pietra di “contro perno”).
I due rubini combaciano perfettamente tra loro e sono inseriti nel castone dove nella zona perimetrale esterna, in un apposita scanalatura si monta una mollettina dalla tipica forma a “lira” (antico strumento musicale) divenuto anche il logo dell’azienda. La funzione della piccola molla si dimostra di fondamentale importanza per l’assorbimento degli urti che il bilanciere sostiene.
Oltre al suo disegno che consente alla molla di toccare i rubini solo in alcuni punti strategici, fermandoli saldamente ma senza impedirne l’eventuale spostamento, molto si deve anche al materiale impiegato per la realizzazione ti tale molletta. Si tratta, infatti, di un acciaio molto particolare e raffinato denominato “Durnico”, la sua composizione povera di carbonio unita ad un trattamento termico di indurimento a 480° per tre ore in un ambiente con atmosfera neutra e sottovuoto, produce un acciaio elastico praticamente indeformabile. Il suo nome d’arte (designazione) «X2NiCoMo18-9-5».
L’azione anti choc del brevetto «Incabloc» si svolge in due fasi ben precise :
1° l’energia dell’urto non si trasferisce sull’ asse ma viene completamente assorbita dalla molla;
2° la medesima ricolloca le pietre nella corretta posizione iniziale.
Per meglio comprendere l’efficacia straordinaria dell’«Inca» eseguiamo qualche semplice calcolo, tenendo presente che le misure dei suoi componenti oscillano nell’ordine di alcuni decimi di millimetro. Secondo i principi della Fisica Newtoniana un corpo è soggetto alla gravità che semplificando notevolmente si esprime attraverso la formula G = 9,8 x P ; in breve un oggetto cadendo moltiplica il suo peso di 9,8 al metro/secondo. Prendendo per esempio un orologio sportivo con cassa e bracciale in acciaio, il suo peso (con 12 maglie) è di 122,2 grammi, cadendo accidentalmente dalle nostre mani, durante le operazioni di settaggio del gioco sfere, si troverebbe considerando l’altezza media di una persona, a circa un metro dal suolo. Al suo arrivo in terra il peso sarà di 1192,56 grammi ben oltre un chilogrammo.
L’azione combinata dell’antiurto, che ovviamente, è montato su entrambi gli assi nel 90% dei casi salva dal gravoso intervento della sostituzione dell’asse del bilanciere. Pratica che negli orologi non equipaggiati da tale invenzione era in passato molto frequente.
La normativa ISO 1413 che regola e stabilisce quali sono gli standard che un segnatempo deve avere per essere dichiarato «antichoc» prevede dei test molto severi. L’orologio viene inserito dentro un contenitore di polimeri morbidi che a sua volta è collegato ad un braccio meccanico robotizzato, detto il “martello”. Tale strumento provvederà ad eseguire la prova battendo su un blocco in acciaio; tre cicli da cinquanta colpi suddivisi in tutte le posizioni .
L’antagonista principale dell’«Incabloc» è il «Kif-Parechoc» nato nel 1944 oggi partner del gruppo Acrotec. Il principio di funzionamento ed il numero dei componenti risulta in pratica simile all’«Inca», ma i punti di contatto con il gruppo delle pietre è minore rendendo il sistema più elastico ma anche più delicato. Ha utilizzato nel corso degli anni mollette di foggia diverse che producono tensioni differenti, ognuna con un proprio nome identificativo: Trior, Satellor, Flector, Elastor, Ultraflex. Di norma il «Kif» è montato in macchinari di alta gamma.
Come accennato in precedenza alcune Maison sviluppano e producono tecnologie personali come la Rolex SA che recentemente ha inserito a protezione dei propri bilancieri il «Paraflex» con una nuova molletta avveniristica che assicura un sensibile miglioramento del 50%.
Certamente l’apparato più importante di ogni calibro risiede nello “scappamento” vero e proprio cuore di questa affascinante macchina: l’Orologio.
Riassumendo il calibro base si compone di:
1.organo di rimessa e carica,
2.organo motore,
3.treno di ruote.
Tutti gli Organi devono sicuramente eseguire il proprio lavoro in maniera impeccabile ma l’Organo di Scappamento comunque influisce sulla precisione di marcia per il 90%.

Definizione
Lo “scappamento” è un congegno meccanico che trasforma il moto continuo in moto alternato. Infatti, un meccanismo privo di tale apparato consente al ruotismo di girare libero sugli assi, al primo cenno di forza generata dalla molla interna al bariletto.
Il termine deriva dal francese e sta ad indicare appunto il movimento di far “scappare” un dente alla volta, della ruota di scappamento, con un periodo ben determinato consentendo così il calcolo del tempo di rotazione di ogni singola ruota misurando secondi, minuti ed ore.
Analizzando con attenzione come si sviluppa l’orologio, ci rendiamo subito conto che la sua conformazione nel corso dei secoli non si è trasformata più di tanto. Miglioramenti esponenziali riguardo ai materiali impiegati ed anche le manifatture sono certamente avvenuti ma gli studi e le sperimentazioni che hanno veramente evoluto questa tipologia di macchina dipendono direttamente dalle ricerche sullo “scappamento”.
Tipologie di “scappamento”
Gli “scappamenti” si possono dividere in tre categorie ben precise, contraddistinte da caratteristiche costruttive differenti tra di loro.
– Scappamento a rinculo;
– Scappamento a riposo;
– Scappamento libero.
Quello che prenderemo in esame, fa parte degli scappamenti definiti “liberi”: in questo caso, il gruppo oscillante, una volta ricevuto l’impulso attraverso l’ancora perde il contatto da quest’ultima ed è libero di ruotare senza nessun vincolo.
La denominazione “scappamento ad ancora svizzero” indica la tipologia di regolatore più adoperata dai costruttori di orologi, infatti questo sistema applicato ormai da moltissimi anni ha prevalso nel tempo su gli altri progetti concorrenti, grazie al giusto compromesso tra precisione, costi produttivi e robustezza. Tutto questo si traduce in un’ottima affidabilità che ne garantisce il buon funzionamento ed abbinato ai pluri-collaudati sistemi antiurto «Incabloc» o «Kif», ne fanno lo scappamento di maggior utilizzo.
Analizziamo per cominciare le parti che lo compongono:
– la ruota di scappamento (anticamente detta anche “ruota d’ancora”);
– l’Ancora, munita di 2 rubini, rispettivamente leva di entrata e leva di uscita;
– il Bilanciere (volano);
– la Spirale (molla con il compito di richiamo del volano);
– l’Asse di rotazione;
– il doppio disco con rubino adibito a trasmettere gli impulsi (conosciuto anche come “Plateau”).
La ruota di scappamento facilmente riconoscibile per la forma dei suoi denti fa parte del treno delle ruote ma è anche l’ingranaggio che letteralmente spinge le due leve dell’ancora dando così origine alle oscillazioni del bilanciere. Nelle meccaniche con alternanze comprese dalle 18.000 Ah (alternanze orarie) e 21.600 Ah tale ruota veniva costruita con 15 denti ma con l’introduzione di calibri ad alta frequenza, come 28.800 Ah, si è passati ad altri sistemi tipo il “Clinergic 20” dove il numero della dentatura è aumentato appunto di 20 unità.
L’Ancora, deve il suo nome alla forma che richiama quella di origine marinara, la sua posizione intermedia tra la ruota di scappamento ed il bilanciere ne fanno una perfetta leva di trasmissione. Questo piccolo elemento riveste una grande importanza tanto che ogni parte della sua sagoma svolge un lavoro ben preciso ed assume un proprio nome.
L’estremità che riceve l’impulso dall’energia sviluppata dalla molla, interna al bariletto, definita “il corpo dell’ancora” si sviluppa in larghezza terminando con le sedi di alloggiamento dei due rubini prismatici che opportunamente tagliati con angolature differenti consentono alternativamente il passaggio o l’arresto dei denti della ruota. Le due pietre prendono rispettivamente il nome di “Leva d’entrata” e “Leva d’uscita”, le parti di queste che vengono in contatto con la dentatura in entrambe le leve sono denominate “Piano di riposo” e “Piano d’impulso”.
Nell’Ancora di nuova concezione al centro del corpo si trova l’asse che permette il movimento, mentre nei progetti più datati il perno era collocato in posizione decentrata rispetto alle Leve e precisamente più vicino a quella di entrata. Da questo punto ha inizio la forcella che battendo alternativamente sulle colonnine di limitazione manterrà costante l’angolo di movimento, producendo la parte più udibile del classico TIC-TAC derivato in realtà da ben 5 urti per alternanza. La “forcella” termina con la “forchetta” che, a sua volta, si dirama in due parti dette “corna” che determinano la zona di passaggio e d’ingaggio con il “bilanciere”, leggermente al di sotto di queste è collocato il “Dardo” (sicurezza) disegnato in modo da garantire sempre il perfetto allineamento di tutte le parti in gioco durante le oscillazioni.
Il “volantino” o “bilanciere” nelle evoluzioni dello scappamento ha subito molteplici variazioni sia nei materiali con cui è costruito sia nella forma, nella maggior parte dei casi circolare ma con sagomature differenti studiate non per estetica ma su calcoli di fisica ben precisi.
Ricordiamo, infatti, che due oggetti con lo stesso peso possono avere due momenti di inerzia polare differente in virtù della loro forma. Un disco metallico messo in rotazione avrà inerzia diversa da quella di un anello dello stesso peso anch’esso in moto rotativo su di un asse identico. Nel primo caso la materia è divisa su tutta la superficie dell’oggetto nel secondo invece si concentra nel perimetro esterno. In fase progettuale quindi la scelta di questi parametri è fondamentale. Altro fattore da non sotto valutare, come in precedenza accennato, risiede nella natura del materiale il cui coefficiente di dilatazione dovrebbe essere pari a Zero ed anche le influenze elettromagnetiche. Tutto questo ci fa comprendere quanto complesso e delicato sia stato nel corso degli anni il lavoro di studio e realizzo dell’organo di “scappamento”, il quale non si è certo arrestato ma continua inesorabile sempre nella ricerca della miglior precisione dell’ orologio.
La molla detta “spirale” in funzione della sua forma svolge anch’essa un compito fondamentale, l’impulso dell’Ancora fornito al “bilanciere” viene trasmesso da una sola parte quindi si rende necessaria un forza opposta ma di pari intensità, per assicurare il moto continuo di oscillazione che altrimenti si esaurirebbe . Per consentire il montaggio in asse sul volantino viene inserita in piccolissimo supporto detto “virola” ed all’estremità opposta in un cilindretto chiamato “pitone” ben fisso sul ponte del bilanciere. Queste parti vincoleranno la molla permettendo di sfruttare il suo movimento elastico.
L’asse di rotazione del “bilanciere” oltre al compito di consentire il moto oscillatorio, serve da supporto a tutti le parti che in un’opportuna sequenza e modalità vi sono inserite. Visto in sezione presenta, quindi, delle sagomature particolari in grado di sostenere efficacemente il Volantino, la Spirale ed il Doppio disco. Le estremità “pivot”, del diametro di pochi centesimi di millimetro, alloggiano nei fori dei rubini che, come visto in precedenza, costituiscono il Sistema Antiurto e ovviamente di lubrificazione.
Il doppio disco o “plateau”, come riportano alcuni manuali tecnici, consiste in due dischi sovrapposti, il primo con diametro maggiore ed il secondo leggermente minore, uniti da un cilindretto cavo per consentire il passaggio dell’Asse. L’insieme assolve il delicato incarico di trasmettere l’energia al “bilanciere” impressagli dall’ancora. Questo fondamentale passaggio è possibile grazie ad un piccolo rubino, montato verticalmente, sul primo disco, è detto “il Bottone” oppure in maniera più caratteristica “Ellipse” in ricordo della vecchia forma ellittica che aveva in passato. Ad ogni alternanza entra nella “forchetta” e spostando l’Ancora libera il dente della ruota di scappamento, permettendo a questa di girare e contestualmente riceve delicatamente la spinta d’impulso. Nella circonferenza del disco più piccolo troviamo una leggera smussatura verso il centro che interagisce con il dardo. Questo consente l’oscillazione solo nel momento in cui è perfettamente inserito nella smussatura. Tale sincronismo eviterà dei pericolosi fuori fase, infatti se le parti non fossero in linea il “bilanciere” si arresterebbe.
Per ben comprendere il gravoso compito che spetta all’Organo Regolatore – alias lo “scappamento” – non si può non conoscere il principio fisco che lo anima e che ne determina il buon funzionamento. Tale fondamento è detto “isocronismo”; individuato ed applicato all’orologio dal genio di Galileo Galilei il quale formulò la sua teoria circa nella seconda metà del 1500: «le oscillazioni del pendolo avvengono tutte nel medesimo tempo, a prescindere dalla loro ampiezza».
Ribaltando il concetto al nostro orologio da polso, il bilanciere oscilla spinto unitamente dalla forza trasmessa dalla ruota di scappamento e dall’azione di richiamo esercitata dalla spirale, l’insieme lascerà “scappare” un dente alla volta della sopra citata ruota, tutto avviene in un tempo ben determinato che darà origine al conteggio dei secondi, dei minuti e delle ore.
Esaminati i principali elementi che costituiscono lo “scappamento ad ancora svizzero”, vediamo il suo funzionamento. Sicuramente nell’organo regolatore, ma anche nell’intero orologio, l’apparato giratorio ovvero la coppia “volantino”-“spirale”, rappresenta la parte più delicata, nella manipolazione, che il tecnico deva affrontare durante gli interventi sia di riparazione che di manutenzione ordinaria.
I “volantini” standard comunemente usati nella maggior parte dei calibri sono costruiti in nickel (più economici) oppure in Glucydur, lega formata principalmente da rame, ferro e berrillio, le cui caratteristiche amagnetiche, basso coefficiente di dilatazione ed ottimo grado di lavorazione ne fanno un materiale ottimo ad assolvere il compito di regolatore.
Di fondamentale importanza è il peso che viene dato al “volantino”, infatti non solo determina l’inerzia che la forza motrice contrasta durante l’oscillazione ma nella sua costruzione ogni punto della sua circonferenza deve essere perfettamente equilibrato in maniera da pesare esattamente uguale. Osservando il “bilanciere” sottosopra noteremo una o più “intacche” di alleggerimento, a prova che una volta costruito il volantino è sottoposto ad un accurato trattamento di rettifica del suo peso fino ad ottenere la totale precisione.
La duttilità della materia adoperata se facilità la costruzione e la manutenzione, come ad esempio il cambio dell’asse, determina però anche una deformabilità elevata. Questo comporta che il cambiamento seppur minimo della sagoma, rispetto all’asse di rotazione, si trasforma in oscillazioni alterate ossia non “isocrone”.
Chiariamo meglio questo concetto: il volantino è rivettato sul proprio asse di rotazione e nella parte superiore (quella a vista) si applica la “spirale” tramite la “virola” mentre sull’estremità dell’ultima curva è montato il “pitone”, questo viene saldamente bloccato nella sua sede ricavata o nel ponte (oggi più raro) oppure, come sempre più frequentemente si alloggia nel “porta pitone mobile”.
Questo sistema consiste in una racchetta montata a frizione sul ponte del bilanciere e facilita la messa in repère (fase) dello scappamento. Nella parte sottostante del volantino si monta il doppio disco di sicurezza (“plateau”). Il “bilanciere” così completo è vincolato con i perni nei rubini e con la spirale solidale al “ponte”. Tutto il sistema risulta così pronto a ricevere l’impulso dall’ancora tramite il rubino (Ellipse) posto nel doppio disco.
Prendendo un punto (immaginario) qualsiasi sulla circonferenza del volantino fermo, che chiameremo A dandogli la posizione α (alfa), mettendo in moto il bilanciere, il punto A si muoverà fino a raggiungere la distanza massima consentitagli dall’impulso dell’ancora, questa posizione che nomineremo β (beta) rappresenta il percorso detto “alternanza”, sotto l’azione di richiamo della spirale il “bilanciere” percorrerà la strada inversa ed il punto A si troverà nuovamente nella posizione di origine α questa è una “oscillazione”. Quindi l’andata più il ritorno del punto A in modo consecutivo rappresentano le oscillazioni che compie il bilanciere. Ma il dato importante è la somma dei due semi percorsi, “le alternanze”, compiuti dal “bilanciere” ovvero di sola andata e di solo ritorno che renderanno “isocrone” le oscillazioni solamente quando risulteranno perfettamente identiche. Questa condizione di eguaglianza assume un valore così elevato, che sia le schede tecniche destinate ai professionisti sia quelle solamente informative al pubblico, nel rilasciare i dati sul conteggio orario dei movimenti effettuati dal “bilanciere”, dichiarano sempre il numero di “alternanze”, usando appunto il simbolo Ah [Alternanze orarie], a conferma del perfetto isocronismo raggiunto dalle oscillazioni del “sistema regolatore”.
L’equilibrio nelle “alternanze” non è un fattore statico, che una volta ottenuto rimane invariato, ma è mutabile nel tempo in relazione a vari fattori negativi che possono influenzare l’orologio.
La principale causa è imputabile alla discontinuità nell’erogazione di forza da parte della molla di carica che inevitabilmente attraverso il continuo moto di caricamento e scaricamento, all’interno del “bariletto”, nel tempo perde la sua costanza. Non è solamente un’alterazione del coefficiente elastico ma anche una deformazione angolare, specialmente nella curvatura in prossimità del “nocciolo” (asse di rotazione) a determinare tale difetto.
Anche gli attriti, che aumentano con il deperimento del lubrificante, concorrono a minare la qualità delle “alternanze”. Non bisogna dimenticare poi che per quanto lo “scappamento ad ancora svizzero” sia classificato come “libero” l’impulso avviene tramite il contatto, seppur breve, con la “forchetta dell’ancora” e dove quest’ultima non rilascia in egual misura la spinta, o di forza o di errato punto di repère l’isocronismo decade.
La spirale riveste anch’essa un importanza notevole, la sua concentricità deve essere impeccabile poiché la resistenza elastica da vincere per ottenere un ottima oscillazione ne dipende fortemente. La più impercettibile deformazione sia di planarità che relativa all’equidistanza delle sue spire comporta la perdita dell’isocronismo. Vista la delicatissima natura della spirale tale danno risulta spesso irreversibile.
Le alterazioni della spirale possono verificarsi anche a fronte dell’alta frequenza delle “alternanze”, come è capitato in tempi relativamente recenti in cui alcuni scappamenti con 28.800 Ah, dove il continuo battere della molla all’interno delle spinette inserite nella racchetta di registro piegavano, deformandola, la spirale con la conseguente alterazione non solo dell’isocronismo ma anche della precisione di marcia. Tale inconveniente è stato risolto con un “trattamento termico” della curva terminale in prossimità del “pitone”.
Non bisogna aggiungere all’elenco delle cause di alterazioni dell’isocronismo, “l’errore posizionale”, dove la modifica dei valori di oscillazione dovuti al cambiamento di posizione dell’orologio dipende principalmente dagli effetti della forza di gravità e non da disfunzioni meccaniche del segnatempo. Anzi le tale problema, da sempre combattuto dai costruttori, viene notevolmente attenuato con geniali soluzioni come il “tourbillon” oppure attraverso l’applicazione, decisamente molto più economica, delle Virole compensate tipo «Greiner» o «Nivatronic».
Gli argomenti sopra trattati sono appena un accenno delle problematiche tecniche che un buon Orologiaio deve affrontare giornalmente, a queste bisogna sicuramente aggiungere quelle “logistiche”! L’attuale realtà con cui si confronta in questo momento storico l’Artigiano non sono certo delle migliori. Diversi fattori rendono particolarmente complessa la divulgazione dell’antico mestiere dell’orologiaio, arte ormai in via di estinzione data la carenza di centri formativi di personale preposto a tale scopo e di una scarsa presenza Istituzionale.
Oggi la figura di questo artigiano è relegata, quando va bene, al solo lavoro di manutenzione ordinaria:
– smontaggio;
– pulitura;
– rimontaggio.
La riparazione invece consiste per il 90% dei casi nella “sostituzione” del pezzo rovinato con uno nuovo, sempre che il ricambista ne abbia disponibilità in magazzino e che venga ancora prodotto. Molti calibri (meccaniche) costruiti ad esempio negli anni 80 già scarseggiano di fornitura, figuriamoci per quelli realizzati in epoche antecedenti.
La tecnologia moderna però apre uno spiraglio a questo stato di inesorabile decadenza, si tratta della modellazione CAD ovvero creare attraverso un software un modello in tre dimensioni perfettamente speculare ed in scala con quello reale; un successivo passaggio con un programma CAM trasformerà tutte le informazioni in G-code linguaggio che trasferito ad una macchina CNC (fresatrice o tornio) eseguirà il pezzo desiderato e nel materiale scelto : ottone, acciaio, alluminio…
La rivoluzione è notevole e fa intravedere un futuro diverso e non poi così lontano, in quanto svincola, anche se non totalmente, l’orologiaio dal ricambio preconfezionato diventandone produttore lui stesso, ma soprattutto gli consente di avere accesso ad una libera creatività,ormai perduta, progettando e costruendo i propri modelli.
In pratica il lavoro che svolge qualsiasi altro artigiano, acquistare uno o più materiali grezzi e trasformarli in oggetti socialmente utili. Ma il vero motore che anima tutto questo è senz’altro la passione, il cuore e la caparbietà che ogni Orologiaio mette nel proprio lavoro.

NOTE

1 La «tribologia» è la scienza che si occupa dei lubrificanti, degli attriti e dell’usura derivata dal contatto tra componenti meccaniche.

GIANLUCA MACCHIONI

Maestro Orologiaio Accademia dell’Orologio di Roma
info@accademiadellorologio.it
(le foto sono dell’autore)
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