Non è un segreto che gli orologi meccanici in quanto a precisione non riescano a competere con le loro controparti al quarzo. Ciò però non toglie nulla al fascino dei meccanismi tecnicamente complessi e alla preziosa rifinitura delle singole componenti.
Esistono tuttavia numerose manifatture impegnate a sviluppare orologi meccanici precisi, a dimostrazione dell’alto livello di raffinatezza ottenibile in orologeria. Per raggiungere questo obiettivo, le marche ricorrono ad una serie di complicazioni. Alcune di queste sono ben note ad ogni amante di orologi, altre invece sono piuttosto rare perfino in alta orologeria, come appunto quella dei meccanismi a forza costante.
La complicazione meno nota
Classificare o meno come “complicazione” un meccanismo a forza costante è questione di punti di vista. Tale meccanismo non aggiunge infatti una funzione ulteriore all’orologio, cosa che vale però anche per il tourbillon. È comunque risaputo che, rispetto al tourbillon e ad altre grandi complicazioni, il suo è più un mercato di nicchia. Per ovvi motivi: al prezzo del tourbillon più economico è impossibile trovare un modello nuovo dotato di meccanismo a forza costante. Inoltre, il funzionamento di questi meccanismi non è affatto banale. Ecco perché sono soprattutto piccole ma eccellenti manifatture a puntare su questa complicazione, per la grande gioia e l’apprezzamento dei collezionisti. Cerchiamo quindi di conoscere più da vicino questa complicazione così misteriosa.
Perché la forza costante?
I nostri orologi da polso vengono azionati da molle motrici. L’aumento di resistenza durante la carica manuale è sintomo che la molla motrice non è sempre in grado di trasmettere lo stesso livello di energia al movimento: a carica completa, l’energia è massima e prima di esaurire le scorte è minima. Ecco perché non è costante neanche la forza trasmessa alla ruota di scappamento tramite gli ingranaggi, che è poi responsabile dell’impulso che il bilanciere riceve durante ogni alternanza.
Questo “sbilancia” il bilanciere, in quanto la sua frequenza varia a seconda dell’angolo di deviazione e della forza di carica. Ne risulta un orologio che, in base al suo attuale stato di carica, ha un andamento incostante. Come si fa ad indicare il livello di precisione di un orologio? È semplice, poiché solitamente l’accuratezza dichiarata per un orologio da polso è quella che risulta a carica completa. Ma per le varie fasi di carica la precisione dell’andamento dovrebbe essere misurata separatamente, a meno che non si tratti di un orologio a forza costante.
Concetto fondamentale in questo contesto è l’isocronismo. Un orologio, ovvero il suo scappamento, è considerato isocrono quando la frequenza non varia con lo spostamento del bilanciere. Come dimostrato già nel 17° secolo dal genio universale neerlandese Christiaan Hyugens, la combinazione tra bilanciere e spirale è sufficiente a garantire questo principio. Purtroppo però la teoria matematica e la realtà non vanno sempre di pari passo: frizione, temperatura, pressione, urti, magnetismo e molto altro dimostrano che i nostri orologi sono tutto al di fuori che isocroni.
È facile capire la motivazione di voler mantenere costante la forza in un orologio: se non è possibile rendere indipendente la frequenza del bilanciere dal suo motore, è meglio creare un motore a forza costante!
Prima di andare a scoprire soluzioni affascinanti di marche come A. Lange & Söhne, Romain Gauthier, Grönefeld, Oscillon, ecc. diamo un’occhiata ad alcuni metodi dell’orologeria tradizionale.
Forza costante nell’orologeria tradizionale
Prima che la spirale divenisse una componente fondamentale dello scappamento, per regolare il movimento si ricorreva al cosiddetto foliot, ovvero un asse con due pesi spostabili alle estremità. Senza spirale, gli orologi da tasca con questo meccanismo erano estremamente sensibili agli sbalzi e, senza meccanismo a forza costante preimpostato, erano pressoché inutilizzabili.
La soluzione più comune all’epoca era l’azionamento tramite fuso e catena. Durante la carica, una minuscola catena contenuta nel bariletto cilindrico si arrotola intorno ad una piramide (il fuso). Durante il funzionamento, la catena viene lentamente rilasciata. La forma piramidale fa sì che la distanza con l’asse di rotazione e la leva aumentino sempre di più. A carica completa la forza è grande e la leva è piccola, mentre in riserva la forza è piccola e la leva è al massimo. Grazie alla forma precisa del fuso, la forza motrice dell’orologio è costante per tutta la durata di carica.
Variante 1: fuso e catena negli orologi da polso
Realizzare fuso e catena ed inserire queste componenti in un orologio da tasca non è affatto facile, figuriamoci miniaturizzare una simile catena per accomodarla in un orologio da polso.
Per darvi un’idea: un movimento semplice di un orologio da polso è composto da un minimo di 50 fino a più di 100 pezzi. Invece solo la catena di un orologio da polso dotato di questa complicazione può essere formata da ben 600 componenti singole! Pensiamo a quanto deve essere difficile montare una catena così fine.
Non è tutto: per proteggere la finissima catena è necessario separarla dal movimento quando la carica è completa. Altrimenti, se la corona viene leggermente forzata, si rischia di lacerarla. Questo limita inoltre il margine disponibile della molla motrice, la cui forza diminuisce pressoché costantemente in prossimità di una determinata area. Solo tale area può essere sfruttata in modo utile. Vicino alla carica massima e poco prima della completa perdita di tensione, la diminuzione della forza motrice è invece particolarmente intensa.
Quando la molla ha perso quasi tutta la tensione, un altro meccanismo è responsabile dell’arresto dell’orologio. Così i due settori “estremi” della molla motrice non vengono sfruttati. Ciò limita anche le dimensioni del fuso, che altrimenti dovrebbe compensare le leve per una zona ben maggiore. Questo ha anche effetti negativi: limitando le aree utili della molla motrice, la riserva di carica diminuisce. Il modello A. Lange & Söhne Richard Lange “Pour Le Mérite”, ad esempio, ha una riserva di sole 36 ore. Invece lo Zenith Defy Fusee Tourbillon raggiunge la soglia delle 50 ore.
La carica tramite fuso e catena ha un limite ulteriore. Negli orologi convenzionali il bariletto rotante fa sì che anche durante la carica il flusso di forza del movimento non venga interrotto. Nella carica con fuso e catena questo però non è possibile, poiché il fuso viene avvolto e svolto: di conseguenza, la direzione di rotazione varia. Questo problema viene solitamente risolto con un sistema di carica planetario, che si basa sul principio del differenziale meccanico e che assicura un’alimentazione senza interruzioni.
Fuso e catena 2.0
Il Logical One della giovane manifattura Romain Gauthier include diverse innovazioni che rendono la complicazione di fuso e catena al passo coi tempi. È l’esempio ideale di un orologio moderno a forza costante, ed è uno dei miei modelli preferiti.
Da buon ingegnere, Gauthier non ha affrontato il meccanismo con animo nostalgico, ma con ambizioni tecniche. Egli considerava come punto debole degli orologi storici soprattutto la catena, che doveva essere snella affinché tutte le sue spirali avessero abbastanza posto sul fuso. Ecco perché finora i modelli erano dotati di anelli singoli alternati ad anelli doppi. Gli anelli singoli sono uno svantaggio, soprattutto perché nei loro punti di appoggio la catena sfrega contro il bariletto.
Ecco perché Romain Gauthier ha dotato il Logical One di una catena ispirata alle forme più moderne e tecnicamente avanzate, come ne vediamo solitamente sulle biciclette. Adesso sono coppie di anelli interni ad alternarsi con coppie di anelli esterni, risolvendo il problema dei punti deboli. Per ridurre la frizione, ogni perno è dotato di rulli realizzati in rubino sintetico. Inoltre è stato migliorato il collegamento alla ruota della catena, affinché il peso gravante sul punto di attacco venga distribuito su diversi anelli.
Al posto del fuso a struttura piramidale, il Logical One dispone di una camma bidimensionale. Il suo profilo imita la stessa forma a chiocciola su un angolo di 360°: questo evita che la catena si sfreghi contro l’interno del bariletto, poiché essa non scivola più sull’asse di rotazione durante lo scorrimento. Per poter comunque sfruttare le rotazioni del bariletto e ottenere una riserva di carica superiore, sono stati applicati ulteriori rapporti di trasmissione tra camma e bariletto e tra camma e meccanismo delle lancette. Ecco perché l’intera catena è composta solo da 136 parti, ovvero quattro/cinque volte di meno rispetto alla concorrenza. Romain Gauthier non fa un vanto della quantità di componenti, perché ne impiega solo una quantità sensata. E il nome Logical One vuole esprimere esattamente questo: logica e ingegno sono più importanti di nostalgia e sensazionalismo.
Per via della complessità dell’intero meccanismo e dell’energia necessaria a metterlo in funzione, non è stata montata una corona di carica convenzionale. Al suo posto, il Logical One dispone di un pulsante di carica brevettato, che aggiunge una determinata quantità di carica ogni volta che viene azionato.
Variante 2: il remontoir
Il meccanismo del remontoir segue un concetto completamente diverso da quello del fuso e catena. Nei movimenti con remontoir, il flusso di forza trasmesso dal bariletto allo scappamento non è continuo. L’energia viene solitamente fornita allo scappamento tramite una molla intermedia, che spesso ha la forma di una spirale e che è molto simile alla molla del bilanciere stessa. Essa è costantemente sotto tensione ed è responsabile della messa in moto del bilanciere.
Dopo un determinato periodo di tempo, essa rimane però completamente priva di tensione, motivo per cui il flusso di forza che scorre tra il bariletto e questa molla viene rilasciato a intervalli ben definiti. Questo mette di nuovo sotto tensione la molla, esattamente nella stessa quantità rilasciata nel corso di un intervallo. Nel corso del tempo, la forza motrice arriva quindi al bilanciere in maniera equilibrata: essa diminuisce leggermente nel giro di un intervallo, per poi ritornare alla condizione di partenza a tensione eseguita. Questo ritmo si protrae finché l’orologio non avrà esaurito le scorte. La forza motrice che anima il bilanciere è costante durante l’intera durata di carica. Appena il bariletto non è più in grado di fornire abbastanza energia per mettere in carica la molla intermedia (il remontoir), l’orologio si fermerà.
Gli intervalli in cui la nuova tensione si manifesta hanno solitamente una durata compresa tra un secondo e un minuto. Nel secondo caso, il meccanismo del remontoir può fungere allo stesso tempo da complicazione dei “secondi saltanti”, qualora l’indicazione dei secondi sia montata in modo tale da consentirlo.
Ottimo esempio è il modello F.P Journe Tourbillon Souverain Remontoir d’Égalité. Il remontoir permette l’integrazione dei secondi saltanti (definiti anche secondi morti). Questa opera di F.P. Journe è accompagnata inoltre dal tourbillon, che viene alimentato a sua volta dall’energia del remontoir.
Grönefeld ha in repertorio un orologio con remontoir di 8 secondi: il modello 1941 Remontoir. Un intervallo particolarmente lungo (di ben 1 minuto) lo ha il Lange 31 di A. Lange & Söhne. Per alimentare l’incredibile riserva di carica di 31 giorni, questa complicazione si rivela piuttosto utile. Per mettere in carica questo bariletto mastodontico viene data in dotazione una chiave separata, che lo protegge da forzature involontarie.
Mentre il meccanismo con fuso e catena ha il suo fascino da un punto di vista estetico, il remontoir risulta visibile solo tramite una sottile iscrizione sul quadrante. Per l’indimenticabile George Daniels, però, quest’ultimo espediente rappresentava la soluzione migliore al problema della forza costante. Eppure egli conosceva benissimo la complessità e i costi ad esso legati. Inoltre Daniels lo giudicava un meccanismo piuttosto inutile e proprio per questo molto ambito dai collezionisti.
Variante 3: scappamenti a forza costante
La terza categoria di meccanismi a forza costante è probabilmente quella più difficile da concepire. Il linea di principio, gli scappamenti a forza costante svolgono lo stesso compito dei meccanismi a remontoir. La differenza fondamentale è che la funzione è integrata direttamente nello scappamento.
Un raro esempio è lo scappamento Constant di Girard Perregaux. Qui l’energia viene immagazzinata in molle a foglia piegate e ultrasottili di 14 micrometri, che sono parte integrante di un’unica e complessa componente in silicio. I dettagli sulla sua funzionalità sono più semplici da seguire in un’animazione o sull’orologio stesso, quando si ha la rara occasione di osservarli. È importante menzionare che anche in questo caso avviene un’interruzione del flusso di forza che scorre tra bariletto e scappamento. La tensione delle molle a foglia, che azionano direttamente l’ancora e quindi il bilanciere, si verifica ad ogni alternanza del bilanciere. In un Girard Perregaux Constant con frequenza di 3 Hertz questo avviene sei volte al secondo.
Una soluzione simile, che impiega a sua volta delle molle a foglia in silicio, si trova nello scappamento Ulysse Anchor di Ulysse Nardin. Si tratta di uno scappamento a forza costante con tourbillon. È sicuramente quello che ci aspettiamo da una marca che ha svolto un ruolo pionieristico nell’introduzione del silicio come materiale per orologi.
Variante 4: la molla
Infine vogliamo menzionare un orologio non meno affascinante e in grado di risolvere il problema della forza costante in modo sorprendentemente semplice, almeno dal punto di vista estetico: L’instant de vérité. Il modello proviene da una piccola manifattura di nome Oscillon, che si trova nel villaggio svizzero di Buchs. Il concetto di “manifattura” viene spesso abusato, ma in questo caso se ne coglie appieno il significato. Presso Oscillon gli orologi vengono realizzati completamente a mano, ovvero con strumenti manuali e senza l’ausilio di macchine CNC. Dietro alla marca si celano i maestri orologiai Cyrano Devanthey e Dominique Buser.
Sul sottoquadrante de L’instant de vérité si trova la scritta “Constant Torque Spring” (ovvero “molla con coppia costante”). Questo meccanismo ricorre a due tamburi, sui quali viene applicata la molla in direzione contraria. Ne risulta un flusso di energia quasi costante. Posizionato direttamente sul bariletto, questo meccanismo non necessita di troppe funzioni aggiuntive. Ma questo tipo di molla non è una novità: lo contengono anche macchinari e congegni per l’uso giornaliero, come aspirapolveri e cinture di sicurezza. Le molle in questo caso sono necessarie per distribuire equamente la forza in caso di riavvolgimento. Oscillon non ne fa un uso così triviale e li dota di alcuni particolari tecnici: come nel caso di fuso e catena viene impiegato un differenziale, che ha il compito di evitare un’interruzione del flusso di forza durante la procedura di ricarica.
Come potete vedere, sono diversi i metodi impiegati per mantenere costante la forza all’interno di un orologio meccanico. Ci sono gli approcci tradizionali seguiti da marche come A. Lange & Söhne o Zenith, oppure metodi storici reinterpretati da ingegneri come Romain Gauthier. Altre manifatture, come Girard Perregaux, utilizzano metodi high-tech per spianare la via alle idee del futuro. Aziende come Grönefeld invece si servono di soluzioni tradizionali e le incorporano in orologi moderni dotati di diversi dettagli creativi. Oppure c’è chi segue un approccio che va al di là degli orizzonti dell’orologeria tradizionale e adotta tecnologie provenienti da altri ambiti, come ci ha dimostrato Oscillon.
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