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IL BILANCIERE

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1. Descrizione generale

Il bilanciere di un orologio e la molla a spirale costituiscono il suo organo regolatore. Il bilanciere è un volano d’inerzia composto da una massa anulare chiamata cerchione tenuta da bracci (generalmente due o tre) (Figura 3). Per garantire la migliore precisione dell’orologio e consumare un minimo di energia, il bilanciere avrà idealmente il più grande momento d’inerzia e la più piccola massa possibile.

Figura 1

Esploso dell’assemblaggio bilanciere-spirale

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Figura 2

Piano di un Bilanciere a Vite

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2. Momento d’inerzia

3. Bilancieri anulari

Esistono numerosi tipi di bilancieri e design. Oggigiorno i bilancieri possono essere suddivisi in due grandi categorie. I bilancieri anulari ne costituiscono la più importante. Sono generalmente fabbricati in rame-berillio, in bronzo-berillio o in Glucydur (stessi tipi di leghe). Hanno un ottimo rapporto tra la loro Massa e il loro Momento d’inerzia nonché un eccellente Coefficiente di dilatazione termica. I bilancieri anulari possono avere due o tre bracci (Figura 3).

Figura 3

Bilancieri anulari a due e tre bracci

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La correzione della marcia giornaliera dei movimenti dotati di bilancieri anulari avviene generalmente mediante modifica della lunghezza attiva dello spirale e richiede quindi la presenza di una racchetta (regolatore). Quanto alla loro equilibratura (statica o dinamica / cfr. La regolazione) essa avviene generalmente procedendo a una (o più) fresatura(e) sotto il cerchione del bilanciere (cfr. La regolazione).

4. Bilancieri a inerzia variabile

Come suggerisce il loro nome, il momento d’inerzia di tali Bilancieri può essere corretto dall’Orologiaio al momento della messa in funzione iniziale del Movimento o in occasione di riparazioni (revisioni). Questo tipo di Bilanciere è più caro e complicato da produrre rispetto ai Bilancieri anulari, ma offre una maggiore flessibilità e precisione di Regolazione. Li si trova oggi nella maggior parte degli orologi di qualità superiore. Sebbene esistano numerosi design e costruzioni, oggi si possono distinguere due grandi categorie di Bilancieri a Inerzia variabile.

I Bilancieri a Vite

È la costruzione più antica e tradizionale di Bilancieri a Inerzia variabile. La circonferenza del Cerchione comporta un numero variabile di Viti (generalmente tra 16 e 18). Le Viti sono disposte a coppie (disposte a 180° l’una dall’altra lungo la circonferenza del Cerchione) (Figura 4). La regolatura (statica e dinamica) di tali bilancieri viene generalmente effettuata fresando leggermente la testa della vite dove si trova lo sbilanciamento (cfr. La regolazione). Per modificare il Momento d’inerzia del bilanciere, si inseriscono o si tolgono sottili rondelle tra la (le) vite e il cerchione del bilanciere. Si può così correggere l’equilibratura del bilanciere modificandone contemporaneamente il momento d’inerzia e agire quindi sulla Frequenza dell’Organo regolatore. La frequenza e la Marcia giornaliera degli orologi dotati di tali bilancieri possono quindi essere corrette esclusivamente mediante la modifica del momento d’inerzia del bilanciere, senza che sia assolutamente necessaria la presenza di una Racchetta (regolatore) (correzione della marcia giornaliera mediante modifica della lunghezza attiva della spirale).

Figura 4

Bilanciere a inerzia variabile a vite

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I bilancieri “a masselotte” o cerchioni

Apparsi più recentemente, questo tipo di bilancieri offre gli stessi vantaggi dei bilancieri a vite offrendo al contempo una migliore aerodinamica al bilanciere e semplificandone la regolazione. Delle ghiere (masselotte fessurate) sono disposte sul cerchione del bilanciere venendo forzate (a caldo) su un tenone (figura 5).

Figura 5

Bilanciere a inerzia variabile con masselotte

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È quindi facilmente possibile far ruotare una o più masselotte attorno ai loro rispettivi assi. È così possibile procedere alla regolazione statica e dinamica del bilanciere (cfr. La regolazione), ma anche di modificare il suo Momento d’inerzia e quindi la Frequenza dell’Organo regolatore. (così spostando le fessure delle virole (masselotte) verso l’interno del bilanciere, si aumenta il suo momento d’inerzia, la frequenza diminuisce e si provoca un ritardo.) E inversamente se si spostano le fessure delle virole verso l’esterno, si diminuisce il momento d’inerzia del bilanciere, la frequenza aumenta e si provoca un anticipo (Figura 6).

Figura 6

Effetto delle variazioni del momento d’inerzia sulla marcia giornaliera

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5. Storia

Contemporaneo di Galileo, con cui condivide alcuni argomenti di studio (astronomia, pendolo), Christian Huygens, matematico, astronomo e fisico olandese, scopre nel dicembre 1659 la teoria dell’isocronismo della cicloide. Secondo questa teoria, il periodo di un pendolo è costante, qualunque sia la sua ampiezza, quando l’estremità del pendolo si muove su un piano cicloidale. Questa teoria è quella che regola, ancora oggi, tutti i calcoli legati alla regolazione e alla precisione degli orologi e dei segnatempo.

Huygens è anche noto per essere stato il primo (uno dei primi?) ad aver associato una molla a spirale piatto a un Bilanciere anulare. Un’invenzione che permetterà di sviluppare Pendoli da viaggio (in particolare cronometri marini), poi orologi. Sebbene numerosi tentativi e ricerche siano stati fatti da allora per immaginare oscillatori meccanici più performanti (precisione, Frequenza, ecc.), l’invenzione di Huygens rimane a tutt’oggi ineguagliata.

Gli Orologiai capiscono rapidamente che due dei fattori che disturbano maggiormente la precisione dell’orologio sono: la gravità e le differenze di Temperatura. Abraham-Louis Breguet inventa così il Tourbillon nel 1801 per compensare gli effetti della gravità.

Per contrastare la Dilatazione dovuta ai cambiamenti termici, gli Orologiai immagineranno Bilancieri bimetallici tagliati. La Dilatazione del primo Metallo essendo meccanicamente opposta a quella del secondo Metallo, ne risulta una compensazione termica con una modifica del Momento d’inerzia del Bilanciere minimizzata. Questo tipo di Bilanciere scomparirà nel corso del 20^° secolo in seguito all’invenzione nel 1907 da parte di Charles-Édouard Guillaume della Lega Invar. Questa Lega di Ferro e nichel presenta un Coefficiente di dilatazione termica estremamente basso. Troverà numerosi campi di applicazione (metrologia, criogenia, orologeria, ecc.) e contribuirà persino all’invenzione della televisione, il che varrà a Guillaume il Premio Nobel per la fisica nel 1920. I Bilancieri realizzati in questa Lega di Ferro (64%) e nichel (36%) subiscono un’influenza termica talmente trascurabile che riprenderanno una composizione monometallica e una forma anulare. Fin dall’inizio del 21^° secolo, appaiono nuovi Materiali che si trovano talvolta nella composizione dei Bilancieri.

L’Inerzia di un Bilanciere deve essere quanto più possibile situata alla sua periferia mentre il suo centro deve essere il più leggero possibile. Si troveranno quindi talvolta Bilancieri (ad esempio) in Titanio (Amagnetico, robusto, leggero e con bassa Dilatazione) che portano Masse in Oro sui loro Cerchioni.

Numerose altre combinazioni di Materiali sono state così sperimentate con questo stesso obiettivo.

6. Fabbricazione artigianale di un Bilanciere

Due componenti costituiscono il Bilanciere: il suo volano d’inerzia e il suo Asse. L’Asse è in Acciaio e sarà facilmente realizzabile su un Tornio da Orologiaio e un Tornio a lunetta manuali. La fabbricazione del Bilanciere è, invece, più delicata per la precisione che richiede. Si potrà tuttavia fabbricare un Bilanciere artigianalmente attraverso diverse operazioni di tornitura e Fresatura, anche se al giorno d’oggi la maggior parte degli artigiani indipendenti preferisce ricorrere alla soluzione industriale della Tornitura automatica, che si presta anche bene a piccole serie o pezzi unici.

7. Produzione industriale di un Bilanciere

A livello industriale, il volano del Bilanciere e il suo Asse sono generalmente lavorati da un Tornio automatico. Oltre alle operazioni di tornitura inerenti a questi due componenti, si potrà anche procedere alla fresatura delle braccia sulla stessa macchina. In questo modo, tutte le operazioni di tornitura e fresatura saranno perfettamente concentriche e il bilanciere sarà meglio equilibrato. I metodi scelti per le operazioni di finitura, decorazione, assemblaggio ed equilibratura vengono poi selezionati in base alla gamma dell’orologio. (lucidatura a mano o lucidatura a tamburo, rullatura a mano o a macchina, ecc.).

8. Philippe Dufour e Julien Tixier vi parlano del bilanciere (video)