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1. Descripción general
El volante de un reloj y el muelle espiral constituyen su órgano regulador. El volante es un volante de inercia compuesto por una masa anular llamada pina (base de la llanta) sostenida por brazos (generalmente dos o tres) (Figura 3). Para garantizar la mejor precisión del reloj y consumir un mínimo de energía, el volante tendrá idealmente el mayor momento de inercia posible y la menor masa posible.
2. Momento de inercia
Fórmulas:
(en función del Volante)
l = momento de inercia del Volante (kg × m²)
m= masa del Volante (kg)
r= radio de giro del Volante (m)
(en función del Espiral)
C= Rigidez del Espiral (N×m/rad)
f= Frecuencia (Hz)
3. Volantes anulares
Existen numerosos tipos de Volantes y de diseño. Hoy en día los Volantes pueden dividirse en dos grandes categorías. Los Volantes anulares constituyen la más importante. Generalmente están fabricados en Cobre-Berilio, en bronce-Berilio o en Glucydur (mismos tipos de Aleaciones). Tienen una muy buena relación entre su masa y su momento de inercia así como un excelente Coeficiente de dilatación térmica. Los Volantes anulares pueden tener dos o tres brazos (Figura 3).
Figura 3
Volantes anulares de dos y tres brazos
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La corrección de la marcha diaria de los movimientos equipados con volantes anulares se realiza generalmente modificando la longitud activa del espiral y, por lo tanto, requiere la presencia de una raqueta (regulador). En cuanto a su equilibrado (estático o dinámico / cf. La regulación) generalmente se realiza mediante uno (o varios) fresado(s) bajo la pina del volante (cf. La regulación).
4. Volantes de inercia variable
Como su nombre lo indica, el momento de inercia de tales volantes puede ser corregido por el relojero durante la puesta en marcha inicial del movimiento o durante los servicios de mantenimiento (revisiones). Este tipo de volante es más caro y complicado de producir que los volantes anulares, pero ofrece una mayor flexibilidad y precisión de regulación. Hoy en día se encuentran en la mayoría de los relojes de gama alta. Aunque existen numerosos diseños y construcciones, hoy se pueden distinguir dos grandes categorías de volantes de inercia variable.
Los volantes de tornillos
Esta es la construcción más antigua y tradicional de volantes de inercia variable. La circunferencia de la pina (base de la llanta) incluye un número variable de tornillos (generalmente entre 16 y 18). Los tornillos están dispuestos por pares (colocados a 180° uno del otro alrededor del contorno de la pina) (Figura 4). El equilibrado (estático y dinámico) de tales volantes se realiza generalmente fresando ligeramente la cabeza del tornillo donde se encuentra el desequilibrio (cf. La regulación). Para modificar el momento de inercia del volante, se insertan o se retiran finas arandelas entre el (los) tornillo(s) y la pina (base de la llanta) del volante. Así se puede corregir el equilibrado del volante a la vez que se modifica su momento de inercia y, por lo tanto, actuar sobre la frecuencia del órgano regulador. La frecuencia y la marcha diaria de relojes equipados con tales volantes pueden por tanto corregirse exclusivamente mediante la modificación del momento de inercia del volante, sin necesitar en absoluto la presencia de una raqueta (regulador) (corrección de la marcha diaria mediante la modificación de la longitud activa del espiral).
Figura 4
Volante de inercia variable con tornillos
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Los volantes «de masas» o virolas
Aparecidos más recientemente, este tipo de volantes ofrece las mismas ventajas que los volantes de tornillos, al tiempo que ofrece una mejor aerodinámica al volante y simplifica su regulación. Se disponen virolas (masas hendidas) sobre la pina del volante encajándolas a presión (negrita) sobre una espiga (figura 5).
Figura 5
Volante de inercia variable con masas oscilantes
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Es entonces fácilmente posible hacer girar una o varias masas oscilantes alrededor de sus ejes respectivos. Así es posible proceder al equilibrado estático y dinámico del volante (cf. La regulación), pero también modificar su momento de inercia y por lo tanto la frecuencia del órgano regulador. (así, desplazando las ranuras de las virolas (masas oscilantes) hacia el interior del volante, se aumenta su momento de inercia, la frecuencia disminuye y se provoca un retraso.) E inversamente, si se desplazan las ranuras de las virolas hacia el exterior, se disminuye el momento de inercia del volante, la frecuencia aumenta y se provoca un adelanto (Figura 6).
Figura 6
Efecto de las variaciones del momento de inercia en la marcha diaria
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5. Historia
Contemporáneo de Galileo, con quien comparte algunos temas de estudio (astronomía, péndulo), Christian Huygens, matemático, astrónomo y físico holandés, descubre en diciembre de 1659 la teoría del isocronismo de la cicloide. Según esta teoría, el período de un péndulo es constante, cualquiera que sea su amplitud, cuando el extremo del péndulo se desplaza sobre un plano cicloidal. Esta teoría es la que rige, aún hoy en día, todos los cálculos relacionados con la regulación y la precisión de los relojes de pared y de los relojes de pulsera.
Huygens también es conocido por ser el primero (¿uno de los primeros?) en haber asociado un muelle espiral plano a un volante anular. Una invención que permitirá desarrollar péndulos de viaje (en particular cronómetros de marina), y luego relojes. Aunque desde entonces se han realizado numerosos intentos e investigaciones para imaginar osciladores mecánicos más eficientes (precisión, frecuencia, etc.), la invención de Huygens sigue siendo hasta hoy insuperable.
Los relojeros comprenden rápidamente que dos de los factores que más perturban la precisión del reloj son: la gravedad y las diferencias de temperatura. Abraham-Louis Breguet inventa así el tourbillon en 1801 para compensar los efectos de la gravedad.
Para luchar contra la Dilatación debida a los cambios térmicos, los relojeros imaginarán Volantes bimetálicos hendidos. Al oponerse mecánicamente la Dilatación del primer Metal a la del segundo Metal, resulta una compensación térmica con una modificación del Momento de inercia del Volante minimizada. Este tipo de Volante desaparecerá a lo largo del siglo 20º siglo tras la invención en 1907 por Charles-Édouard Guillaume de la aleación Invar. Esta aleación de hierro y níquel presenta un coeficiente de dilatación extremadamente bajo. Encontrará numerosos campos de aplicación (metrología, criogenia, relojería, etc.) e incluso contribuirá a la invención de la televisión, lo que le valdrá a Guillaume el Premio Nobel de Física en 1920. Los volantes fabricados con esta aleación de hierro (64%) y níquel (36%) sufren una influencia térmica tan insignificante que recuperarán una composición monometálica y una forma anular. Desde principios del 21º siglo, aparecen nuevos materiales que a veces se encuentran en la composición de los volantes.
La inercia de un volante debe estar, en la medida de lo posible, situada en su periferia, mientras que su centro debe ser lo más ligero posible. Por ello, a veces se encuentran volantes (por ejemplo) de titanio (amagnético, robusto, ligero y de baja dilatación) que llevan masas de oro en sus pinas (base de la llanta).
Así, se han experimentado numerosas otras combinaciones de materiales con este mismo objetivo.
6. Fabricación artesanal de un Volante
Dos componentes constituyen el Volante: su volante de Inercia y su Eje. El Eje es de acero y se podrá realizar fácilmente en un Torno de Relojero y un torno de pivotar manuales. La fabricación del Volante, en cambio, es más delicada por la precisión que exige. No obstante, se puede fabricar un Volante de forma artesanal mediante distintas operaciones de torneado y Fresado, aunque hoy en día la mayoría de los artesanos independientes prefieren recurrir a la solución industrial del Decoletaje, que también se presta bien a pequeñas series o piezas únicas.
7. Producción industrial de un Volante
A escala industrial, el volante del Volante y su Eje suelen mecanizarse con un torno automático. Además de las operaciones de torneado inherentes a estos dos componentes, también se podrá proceder al fresado de los brazos en la misma máquina. De esta manera, todas las operaciones de torneado y fresado serán perfectamente concéntricas y el volante estará mejor equilibrado. Los métodos elegidos para las operaciones de acabado, decoración, ensamblaje y equilibrado se seleccionan luego según la gama del reloj. (pulido a mano o pulido en tambor, laminado a mano o a máquina, etc.).
8. Philippe Dufour y Julien Tixier les hablan del volante (vídeo)
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