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A RODA DE ESCAPE

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Figura 1

Plano de uma roda de escape

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1. Descrição geral

Utiliza-se também o termo roda de âncora para designar a roda de escape. Na cadeia cinemática do movimento, a roda de escape situa-se a seguir à roda dos segundos. Embora a roda de escape constitua um componente único e solidário, o seu pinhão pertence ao órgão de contagem e transmissão (trem de finissagem), enquanto a sua roda faz parte do órgão de distribuição (escapamento).

2. Componentes

O pinhão

O pinhão é semelhante aos das outras rodas. É arrastado (movido) pela roda dos segundos e pertence ao órgão de contagem e transmissão (trem de engrenagens de acabamento).

Figura 2

Plano de um pinhão de escape

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A roda

Por outro lado, a chapa da roda distingue-se pela forma da sua dentição e pelo material utilizado no seu fabrico. Geralmente em aço, a chapa da roda poderá, consoante o método de fabrico e o tipo de escapamento, ser feita em níquel-fósforo (NiP)(UV-LIGA) ou em silício (DRIE). O aço será privilegiado quando a roda de escape transmitir o seu impulso a paletas em rubi (por ex. escape de âncora suíço). Esta combinação de materiais limita de forma otimizada as fricções no caso do escape de âncora suíço que é utilizado em mais de 99% dos relógios modernos.

Figura 3

Plano de uma roda de escape

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Uma geometria de 4 braços
Devido ao seu pequeno tamanho e à rigidez do seu material, as rodas de escape geralmente têm apenas quatro braços (contra cinco para as rodas do trem de engrenagens de acabamento). A roda é assim tanto menos pesada, sendo a leveza uma qualidade primordial para a roda de escape em particular.

Um dentado específico
O dentado particular da roda é desenhado para a sua interação particular com a âncora. A âncora, a roda de escape e o duplo plateau constituem o escapamento que desempenha um duplo papel: o de parar o movimento quando o balanço efetua livremente a sua oscilação e o de transmitir impulsos regulares ao órgão regulador transformando o movimento de rotação do trem de engrenagens de acabamento num movimento oscilatório do órgão regulador.

Figura 4

Geometria da roda de escape

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3. Histórico

Os primeiros escapamentos surgem na China já no século 8^º. Não deixarão de evoluir, de conhecer uma multitude de diversidades e de ser fruto permanente de pesquisas e estudos visando melhorar o seu desempenho. A âncora foi inventada em 1657 por Robert Hooke. Nessa altura, regulava apenas relógios e generalizou-se, pela sua precisão e baixo consumo de energia. Um dos maiores desafios que os relojoeiros do século 18 tiveram de enfrentar foi encontrar tipos de escapamento capazes de funcionar num relógio de pulso, sofrendo um mínimo de influências devidas às posições do relógio e aos choques.

Os relojoeiros ingleses foram os mais inventivos e os mais prolíficos em termos de escapamento. É ainda a um deles, Thomas Mudge, que se deve a invenção do escape de âncora suíço. Este escapamento foi produzido a partir de então para relógios topo de gama, antes de se generalizar e se impor definitivamente entre o final do século 19 e o início do século 20. A industrialização permitiu melhorar a sua precisão e reduzir os custos de fabrico. O progresso dos cálculos de escapamento e o desempenho dos ferramentas e máquinas permitem, no final dos anos sessenta, aumentar o número de dentes da Roda de escape e assim atingir frequências de Regulação mais elevadas (até 5 Hz). A última e uma das evoluções mais significativas ocorreu no início do século XXI com a aplicação relojoeira do Silício produzido por processo foto-litográfico (gravação DRIE). As vantagens deste método industrial são numerosas: As Rodas de escape já não necessitam de Fresas dispendiosas para o corte das dentaduras, o Material pode ser aligeirado ao máximo e é Amagnético.

4. Materiais

Tradicionalmente, o Pinhão de escape é em aço. Desenvolvimentos recentes exploram o fabrico de Pinhões de escape em cerâmica usinados por femto-laser a fim de produzir Escapamentos completamente Amagnéticos.

A roda de escape é, também ela, fabricada tradicionalmente em aço. A procura de materiais mais leves, complexos nos seus perfis e sobretudo amagnéticos viu surgir, desde o início dos anos 2000, rodas fabricadas em níquel fósforo (pela tecnologia UV-LIGA) ou em silício (pela tecnologia DRIE). Estas tecnologias são cada vez mais difundidas e tendem a substituir progressivamente o uso do aço.

5. Fabrico artesanal de uma roda de escape

Consoante o tipo de escapamento, diferentes materiais poderão ser utilizados para o fabrico da chapa da roda de escape e as operações de fabrico poderão diferir consoante os casos. No caso de um escapamento de âncora suíço, a roda de escape será geralmente em aço. O artesão procederá segundo o mesmo método que para uma placa de roda tradicional. O corte da dentagem, exige no entanto o uso de fresas diferentes, geralmente em número de quatro. Poderá ser realizado com o auxílio de uma máquina de talhar engrenagens ou de um torno equipado com um prato divisor. O custo das fresas e as numerosas operações necessárias ao seu fabrico fazem da roda de escape um componente particularmente dispendioso de fabricar. Tradicionalmente, as faces da roda de escape são polidas. Este acabamento permite evitar que o óleo que limita a fricção entre a dentagem da roda de escape e as paletas da âncora deslize sobre as superfícies planas da roda. Um tratamento de superfície da roda chamado epilamagem também permite conter o óleo no dentado sem que escape sobre as superfícies da placa.

6. Produção industrial de uma roda de escape

Industrialmente, a roda de escape é torneada e usinada com a ajuda de um torno automático que também pode fresar os braços da placa. O corte do dentado é feito numa máquina de cortar e requer, também neste caso, o uso de várias fresas e de outras tantas operações de corte.

7. Métodos de produção de alta tecnologia de uma roda de escape

As tecnologias de microfabricação transformaram profundamente a produção de certos componentes relojoeiros, em particular os componentes do escapamento. Entre estes processos, o fabrico por UV-LIGA e o por gravação do silício (DRIE) permitem obter rodas de escape com uma precisão geométrica extremamente elevada, dificilmente alcançável pelos métodos tradicionais de maquinagem.

Estes processos assentam em técnicas provenientes da microeletrónica e permitem a realização de peças com perfis complexos, estados de superfície controlados e uma repetibilidade industrial quase perfeita em materiais reconhecidos como amagnéticos.

Ao contrário dos métodos clássicos (dentado, fresagem, estampagem), os processos UV-LIGA e Silício:

• Eliminam os esforços mecânicos durante o fabrico
• Dizem respeito a materiais amagnéticos
• Eliminam os defeitos ligados à ferramenta (raio da fresa, rebarbas)
• Permitem uma precisão e uma repetibilidade superiores

Inscrevem-se assim numa evolução para uma relojoaria de alta precisão, combinando saber-fazer tradicional e tecnologias avançadas.

O fabrico de Rodas de escape por UV-LIGA e em Silício pelo método DRIE ilustra a integração das tecnologias de microfabrico na relojoaria contemporânea. Estes processos permitem melhorar a precisão, a regularidade e o desempenho dos Escapamentos, ao mesmo tempo que abrem caminho a novas arquiteturas.

Constituem hoje um complemento aos métodos tradicionais, particularmente no domínio da alta relojoaria técnica e da produção industrial de componentes de elevado valor acrescentado.

8. Fabrico artesanal de um Pinhão de escape

No fabrico unitário ou em pequena série, o pinhão do Trem de engrenagens de acabamento é realizado em aço relojoeiro de torneamento automático, uma liga de alta usinabilidade cuja composição é adaptada às exigências mecânicas e aos tratamentos térmicos próprios dos pinhões de movimento. A peça compreende, de ambos os lados do corpo dentado, dois pivôs e, no local previsto para a chapa da roda, um assento cilíndrico encimado por um talão a rebitar.

O torneamento é realizado num torno de Relojoeiro de precisão. O Relojoeiro torneia sucessivamente os diferentes diâmetros do pinhão e desbasta os dois pivôs, cuja qualidade geométrica e de estado de superfície condiciona diretamente o funcionamento do Trem de engrenagens. O assento destinado a receber a chapa da roda é maquinado com um ajuste deslizante em relação ao diâmetro do furo da chapa, para que a roda possa posicionar-se livremente antes da rebitagem. Além do assento, é deixado em saliência um talão fino — a rebitagem propriamente dita — que será recalcado durante a Montagem para imobilizar a chapa da roda. Os pivôs desbastados são pivotados (torneamento fino) e depois a sua superfície é encruada por laminagem.

O corte das Alas do pinhão é efetuado num Torno equipado com um prato divisor. Uma Fresa para cortar pinhões, de perfil adequado ao módulo e ao número de Alas (geralmente seis a doze para o Trem de engrenagens de acabamento), corta cada Ala por passagens sucessivas. Este processo de corte por divisão direta dá um perfil próximo do epicicloide ou da evolvente, consoante a ferramenta utilizada. A Regulação precisa da profundidade de passagem é determinante para o engrenamento futuro com a chapa da roda em Latão do mobile anterior.

Após o corte, o pinhão é submetido a um tratamento térmico: têmpera a óleo ou a ar seguida de um revenido, a fim de conferir às alas a dureza necessária à resistência ao desgaste. Os pivôs desbastados são então torneados (torneamento fino) e, em seguida, a sua superfície é endurecida por laminagem.

A montagem da roda no assento é realizada com a ajuda de uma prensa de rebitar: o talão é recalcado com um rebitador de forma, sob controlo visual, até se obter uma rebitagem regular alinhada com a face da roda.

9. Produção industrial de um pinhão de escape

Em produção em série, o pinhão do trem de engrenagens de acabamento é fabricado por torneamento automático, a partir de uma barra de aço relojoeiro de torneamento automático. Este processo permite encadear, numa única preparação, o torneamento dos pivôs, do eixo e de todos os diâmetros do pinhão com cadências elevadas e uma repetibilidade dimensional precisa. As tolerâncias são definidas logo na programação, garantindo a intercambialidade dos pinhões nas linhas de montagem e no serviço pós-venda.

A geometria do ajuste da roda é maquinada com um ajuste deslizante em relação ao diâmetro do furo da placa da roda, de modo que a roda se posicione sem jogo sensível, mas sem esforço. A rebitagem é calibrada em diâmetro e em altura para que a operação de rebitagem posterior produza um recalque homogéneo, sem risco de deformação do dentado ou da placa da roda.

O corte das Alas é realizado em máquinas de corte CNC por Geração (dentado) por fresa mãe (hobbing), que produzem um perfil em envolvente de círculo com uma regularidade geométrica superior ao corte por divisão direta.

O tratamento térmico — seguido de um revenido controlado — é efetuado em forno sob atmosfera protetora para evitar qualquer descarbonetação das superfícies funcionais. Os pivôs são depois retificados numa retificadora cilíndrica CNC com o auxílio de rebolos diamantados ou de corindo sintético.

O controlo de qualidade (dimensional e estético) é geralmente integrado em linha. A operação de rebitagem da placa da roda é realizada numa prensa automática, cujo perfil de esforço é registado para cada peça: a curva força-deslocamento garante a conformidade do recalque e constitui um elemento de rastreabilidade da montagem.

10. Especificidades técnicas

• A placa da roda é solidamente rebitada ao pinhão. Assim, a roda constitui um conjunto perfeitamente solidário.
• A relação de dentado da Roda de escape e de todo o Trem de engrenagens de acabamento é calculado para garantir uma rotação completa da roda central em sessenta minutos, condição essencial para o acionamento direto do cano do minuteiro e do ponteiro dos minutos e, por desmultiplicação, do ponteiro das horas. (cf. cálculos do órgão de contagem e transmissão).