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LA RUEDA DE ESCAPE

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Figura 1

Plano de una rueda de escape

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1. Descripción general

También se utiliza el término rueda de áncora para designar la rueda de escape. En la cadena cinemática del movimiento, la rueda de escape se sitúa a continuación de la rueda de segundos. Aunque la rueda de escape constituye un componente único y solidario, su piñón pertenece al órgano de conteo y transmisión (tren de rueda de terminación), mientras que su rueda forma parte del órgano de distribución (escape).

2. Componentes

El Piñón

El piñón es semejante a los de los otros móviles. Es arrastrado (conducido) por la Rueda de segundos y pertenece al Órgano de conteo y transmisión (tren de ruedas de acabado).

Figura 2

Plano de un Piñón de escape

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La rueda

En cambio, la plancha de rueda se distingue por la forma de su dentado y el material empleado en su fabricación. Generalmente en acero, la plancha de la rueda podrá, según el método de fabricación y el tipo de escape, estar hecha de níquel-fósforo (NiP)(UV-LIGA) o en silicio (DRIE). Se dará preferencia al acero cuando la rueda de escape transmita su impulso a paletas de rubí (p.ej. escape de áncora suiza). Esta combinación de materiales limita de manera óptima las fricciones en el caso del escape de áncora suiza que se utiliza en más del 99% de los relojes modernos.

Figura 3

Plano de una rueda de escape

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Una geometría de 4 brazos
Debido a su pequeño tamaño y a la rigidez de su material, las ruedas de escape suelen tener solo cuatro brazos (frente a cinco en las ruedas del tren de ruedas de acabado). De este modo, la rueda resulta menos pesada, siendo la ligereza una cualidad primordial en particular para la Rueda de escape.

Un dentado específico
El dentado particular de la rueda está diseñado para su interacción específica con el áncora. El áncora, la rueda de escape y el doble plato constituyen el escape que cumple un doble papel: el de detener el movimiento cuando el volante realiza libremente su oscilación y el de transmitir impulsos regulares al órgano regulador transformando el movimiento de rotación del tren de ruedas de acabado en un movimiento oscilatorio del órgano regulador.

Figura 4

Geometría de la Rueda de escape

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3. Historia

Los primeros escapes aparecen en China ya en el siglo 8^º. No dejarán de evolucionar, de conocer una multitud de diversidades y de ser el fruto permanente de investigaciones y estudios destinados a mejorar sus prestaciones. El áncora fue inventada en 1657 por Robert Hooke. En ese momento solo regulaba relojes de pared y se generalizó por su precisión y su bajo consumo de energía. Uno de los mayores desafíos que tuvieron los relojeros del 18^e siglo fue encontrar tipos de escape capaces de funcionar en un reloj de pulsera, sufriendo un mínimo de influencias debidas a las posiciones del reloj y a los golpes.

Los relojeros ingleses fueron los más inventivos y prolíficos en términos de escape. También se debe a uno de ellos, Thomas Mudge, la invención del escape de …áncora suiza. Este escape se produjo desde entonces para relojes de alta gama antes de generalizarse e imponerse definitivamente entre finales del siglo 19 y principios del 20^e siglo. La industrialización permitió mejorar su precisión y reducir sus costos de fabricación. El progreso de los cálculos de escape y el rendimiento de las herramientas y máquinas permiten, a finales de los años sesenta, aumentar el número de dientes de la rueda de escape y alcanzar así frecuencias de regulación más elevadas (hasta 5 Hz). La última y una de las evoluciones más significativas llegó a principios del siglo XXI con la aplicación relojera del silicio producido mediante procedimiento foto-litográfico (grabado D.R.I.E.). Las ventajas de este método industrial son numerosas: las ruedas de escape ya no necesitan fresas costosas para el tallado de los dentados, el material puede aligerarse al máximo y es amagnético.

4. Materiales

Tradicionalmente, el piñón de escape es de acero. Desarrollos recientes exploran la fabricación de piñones de escape en cerámica mecanizados con femtoláser con el fin de producir escapes completamente amagnéticos.

La Rueda de escape también se fabrica tradicionalmente en Acero. La búsqueda de Materiales más ligeros, complejos en sus perfiles y sobre todo Amagnéticos vio aparecer desde principios de los años 2000, ruedas fabricadas en níquel fósforo (mediante la tecnología UV-LIGA) o en silicio (mediante la tecnología DRIE). Estas tecnologías son cada vez más comunes y tienden a reemplazar progresivamente el uso del acero.

5. Fabricación artesanal de una rueda de escape

Según el tipo de escape, se podrán utilizar diferentes materiales para la fabricación de la platina de la rueda de escape y las operaciones de fabricación pueden diferir según los casos. En el caso de un escape de áncora suiza, la rueda de escape generalmente será de acero. El artesano procederá según el mismo método que para una plancha de rueda tradicional. El tallado del dentado, sin embargo, requiere el uso de fresas diferentes, generalmente en número de cuatro. Podrá realizarse con la ayuda de una máquina de tallar engranajes o de un torno dotado de un plato divisor. El costo de las fresas y las numerosas operaciones necesarias para su fabricación hacen de la rueda de escape un móvil particularmente costoso de fabricar. Tradicionalmente, las caras de la rueda de escape están pulidas. Este acabado permite evitar que el aceite que limita la fricción entre el dentado de la rueda de escape y las paletas del áncora no resbale sobre las superficies planas de la rueda. Un tratamiento de superficie de la rueda llamado epilamado también permite contener el aceite en el dentado sin que se escape sobre las superficies de la platina.

6. Producción industrial de una rueda de escape

Industrialmente, la rueda de escape se torna y mecaniza con ayuda de un torno automático que también puede fresar los brazos de la platina. El tallado del dentado se realiza en una máquina talladora y requiere, también en este caso, el uso de varias fresas y de otras tantas operaciones de tallado.

7. Métodos de producción de alta tecnología de una rueda de escape

Las tecnologías de microfabricación han transformado profundamente la producción de ciertos componentes relojeros, en particular los componentes del escape. Entre estos procesos, la fabricación por UV-LIGA y la fabricación por grabado del silicio (DRIE) permiten obtener ruedas de escape de una precisión geométrica extremadamente elevada, difícilmente alcanzable mediante los métodos tradicionales de mecanizado.

Estos procesos se basan en técnicas procedentes de la microelectrónica y permiten la realización de piezas con perfiles complejos, estados de superficie controlados y una repetibilidad industrial casi perfecta en materiales considerados amagnéticos.

A diferencia de los métodos clásicos (tallado, fresado, estampado), los procesos UV-LIGA y silicio:

• Eliminan los esfuerzos mecánicos durante la fabricación
• Conciernen a materiales amagnéticos
• Eliminan los defectos relacionados con la herramienta (radio de fresa, rebabas)
• Permiten una precisión y una repetibilidad superiores

Se inscriben así en una evolución hacia una relojería de alta precisión, combinando saber hacer tradicional y tecnologías avanzadas.

La fabricación de las Ruedas de escape por UV-LIGA y en Silicio mediante el método DRIE ilustra la integración de las tecnologías de microfabricación en la relojería contemporánea. Estos procesos permiten mejorar la precisión, la regularidad y las prestaciones de los Escapes, abriendo al mismo tiempo el camino a nuevas arquitecturas.

Hoy en día constituyen un complemento a los métodos tradicionales, especialmente en el ámbito de la alta relojería técnica y de la producción industrial de componentes de alto valor añadido.

8. Fabricación artesanal de un Piñón de escape

En la fabricación unitaria o en pequeñas series, el piñón del Tren de ruedas de acabado se realiza en acero relojero de decoletaje, una aleación de alta maquinabilidad cuya composición está adaptada a las tensiones mecánicas y a los tratamientos térmicos propios de los piñones de movimiento. La pieza comprende, a ambos lados del cuerpo dentado, dos pivotes y, en el lugar previsto para la plancheta de rueda, un asiento cilíndrico coronado por un talón para remachar.

El torneado se realiza en un torno de relojero de precisión. El relojero torna sucesivamente los diferentes diámetros del piñón y desbasta los dos pivotes, cuya calidad geométrica y de estado de superficie condiciona directamente el funcionamiento del tren de ruedas. El asiento destinado a recibir el disco de la rueda se mecaniza con un ajuste deslizante respecto al diámetro del orificio del disco, para que la rueda pueda posicionarse libremente en él antes del remachado. Más allá del asiento, se deja sobresaliendo un talón delgado —el remache propiamente dicho—; es este el que será rebatido durante el ensamblaje para inmovilizar el disco de la rueda. Los pivotes desbastados se tornean (torneado fino) y luego su superficie se endurece por laminado.

El tallado de las alas del piñón se efectúa en un torno equipado con un plato divisor. Una fresa para tallar piñones, de perfil adecuado al módulo y al número de alas (generalmente de seis a doce para el tren de ruedas de acabado), talla cada ala mediante pasadas sucesivas. Este procedimiento de tallado por división directa produce un perfil próximo al epicicloide o a la envolvente según la herramienta utilizada. El ajuste preciso de la profundidad de pasada es determinante para el engrane futuro con el disco de rueda de latón del móvil precedente.

Después del tallado, el piñón se somete a un tratamiento térmico: temple en aceite o al aire seguido de un revenido, con el fin de conferir a las alas la dureza necesaria para la resistencia al desgaste. Los pivotes desbastados se pulen entonces (torneado fino) y luego su superficie se endurece por bruñido.

El ensamblaje de la plancha de rueda sobre el asiento se realiza mediante una potencia de remachar: el talón se recalca con un remachador de forma, bajo control visual, hasta obtener un remache regular a ras de la cara de la rueda.

9. Producción industrial de un piñón de escape

En producción de serie, el piñón del tren de ruedas de acabado se fabrica mediante decoletaje automático, a partir de una barra de acero relojero de decoletaje. Este procedimiento permite encadenar en una sola puesta en marcha el torneado de los pivotes, del eje y de todos los diámetros del piñón con altas cadencias y una repetibilidad dimensional precisa. Las tolerancias se definen desde la programación, garantizando la intercambiabilidad de los piñones en las cadenas de ensamblaje y en el servicio posventa.

La geometría del ajuste de la rueda se mecaniza con un ajuste deslizante respecto al diámetro del orificio de la platina de la rueda, de modo que la rueda se posicione sin juego sensible, pero sin esfuerzo. El remache está calibrado en diámetro y altura para que la operación de remachado posterior produzca un aplastamiento homogéneo, sin riesgo de deformación del dentado o de la platina de la rueda.

El tallado de las alas se realiza en máquinas talladoras CNC por Generación (dentado) con fresa madre (hobbing), que producen un perfil de evolvente de círculo con una regularidad geométrica superior al tallado por división directa.

El tratamiento térmico — seguido de un revenido controlado — se realiza en horno bajo atmósfera protectora para evitar cualquier descarburación de las superficies funcionales. Los pivotes se rectifican después en rectificadora cilíndrica CNC con la ayuda de muelas diamantadas o de corindón sintético.

El Control de calidad (dimensional y estético) generalmente está integrado en línea. La operación de remachado de la plancha de rueda se realiza en una prensa automática, cuyo perfil de esfuerzo se registra para cada pieza: la curva fuerza-desplazamiento garantiza la conformidad del recalcado y constituye un elemento de trazabilidad del Ensamblaje.

10. Especificidades técnicas

• La plancha de rueda está sólidamente remachada al piñón. Así, el móvil constituye un conjunto perfectamente solidario.
• La relación de dentado de la Rueda de escape y del conjunto del Tren de ruedas de acabado se calcula para asegurar una rotación completa de la Rueda central en sesenta minutos, condición esencial para el arrastre directo del cañón del minutero y de la aguja de los minutos y, por desmultiplicación, de la aguja de las horas. (cf. cálculos el Órgano de conteo y transmisión).