El escape de borde (o rueda de corona ) es el tipo de escape mecánico más antiguo conocido , el mecanismo en un reloj mecánico que controla su velocidad al permitir que el tren de engranajes avance a intervalos regulares o "tics". Se desconoce su origen. Los escapes de borde se utilizaron desde finales del siglo XIII hasta mediados del siglo XIX en relojes y relojes de bolsillo . El nombre verge proviene del latín virga , que significa palo o vara. [1]
Su invención es importante en la historia de la tecnología , porque hizo posible el desarrollo de relojes totalmente mecánicos. Esto provocó un cambio de la medición del tiempo mediante procesos continuos , como el flujo de líquido en los relojes de agua , a procesos repetitivos y oscilatorios , como la oscilación de péndulos , que tenían el potencial de ser más precisos. [2] [3] Los cronometradores oscilantes se utilizan en todos los relojes modernos.
Relojes Verge y Foliot
El escape de borde data de la Europa del siglo XIII, donde su invención condujo al desarrollo de los primeros relojes totalmente mecánicos. [3] [5] [6] A partir del siglo XIII, se construyeron grandes relojes de torre en plazas, catedrales y monasterios europeos. Mantuvieron el tiempo usando el escape de borde para conducir un foliot , un tipo primitivo de volante . El foliot era una barra horizontal con pesos cerca de sus extremos fijados a una barra vertical llamada arcén que estaba suspendida para girar libremente. El escape del borde hizo que el foliot oscilara hacia adelante y hacia atrás alrededor de su eje vertical. [7] La frecuencia del reloj se puede ajustar moviendo los pesos hacia adentro o hacia afuera en el foliot.
El escape de borde probablemente evolucionó a partir del alarum , que usaba el mismo mecanismo para hacer sonar una campana y había aparecido siglos antes. [8] [9] Se ha especulado que Villard de Honnecourt inventó el escape de borde en 1237 con una ilustración de un mecanismo extraño para hacer girar una estatua de ángel para seguir al sol con su dedo, [10] [11] pero el consenso es que esto no era un escape. [12] [13] [14] [15] [16] [17]
Se cree que en algún momento a finales del siglo XIII se aplicó el mecanismo de escape de borde a los relojes de las torres , creando el primer reloj de escape mecánico. A pesar del hecho de que estos relojes fueron objetos celebrados de orgullo cívico sobre los que se escribió en ese momento, es posible que nunca se sepa cuándo se utilizó por primera vez el nuevo escape. [8] Esto se debe a que ha resultado difícil distinguir de la escasa documentación escrita cuáles de estos primeros relojes de torre eran mecánicos y cuáles eran relojes de agua ; la misma palabra latina, horologe , se usó para ambos. [18] Ninguno de los mecanismos originales ha sobrevivido inalterado. Las fuentes difieren en cuanto a cuál fue el primer reloj "conocido" por ser mecánico, dependiendo de la evidencia del manuscrito que consideren concluyente. Uno de los candidatos es el reloj Dunstable Priory en Bedfordshire , Inglaterra, construido en 1283, porque las cuentas dicen que se instaló sobre la rejilla , donde sería difícil reponer el agua necesaria para un reloj de agua. [19] Otro es el reloj construido en el Palacio de los Visconti, Milán, Italia, en 1335. [20] El astrónomo Robertus Anglicus escribió en 1271 que los relojeros estaban tratando de inventar un escape, pero aún no habían tenido éxito. [21] Sin embargo, hay consenso en que los relojes mecánicos existían a finales del siglo XIII. [3] [18] [22]
La descripción más temprana de un escape, en el manuscrito de 1327 de Richard of Wallingford , Tractatus Horologii Astronomici, en el reloj que construyó en la Abadía de St. Albans , no era un borde, sino una variación llamada escape "estroboscópico". [23] [24] Consistía en un par de ruedas de escape en el mismo eje, con dientes radiales alternos. La varilla de borde estaba suspendida entre ellos, con un travesaño corto que giraba primero en una dirección y luego en la otra cuando los dientes escalonados empujaban. Aunque no se conoce otro ejemplo, es posible que este diseño antecediera al borde más habitual en los relojes. [23]
Durante los primeros doscientos años de existencia del reloj mecánico, el borde, con volante o volante, fue el único escape utilizado en los relojes mecánicos. En el siglo XVI comenzaron a aparecer los escapes alternativos, pero el borde siguió siendo el escape más utilizado durante 350 años hasta que los avances de la mecánica de mediados del siglo XVII dieron como resultado la adopción del péndulo y más tarde el escape de ancla. [25] Dado que los relojes eran valiosos, después de la invención del péndulo se reconstruyeron muchos relojes de borde para utilizar esta tecnología de cronometraje más precisa, por lo que muy pocos de los primeros relojes de borde y foliot han sobrevivido inalterados hasta el día de hoy.
Es discutible cuán precisos fueron los primeros relojes de borde y foliot, con estimaciones de error de una a dos horas por día [26] [2] , aunque los experimentos modernos con relojes de esta construcción muestran precisiones de minutos por día que se pudieron lograr con suficiente cuidado en diseño y mantenimiento. [27] [28] Los primeros relojes de borde probablemente no eran más precisos que los relojes de agua anteriores , [29] pero no se congelaban en invierno y eran una tecnología más prometedora para la innovación. A mediados del siglo XVII, cuando el péndulo reemplazó al foliot, los mejores relojes de borde y foliot habían alcanzado una precisión de 15 minutos por día.
Relojes de péndulo Verge
La mayor parte de la gran inexactitud de los primeros relojes de borde y foliot no se debió al escape en sí, sino al oscilador foliot . El primer uso de péndulos en relojes alrededor de 1656 aumentó repentinamente la precisión del reloj de borde de horas al día a minutos al día. La mayoría de los relojes fueron reconstruidos con sus foliots reemplazados por péndulos, [30] [31] hasta el punto de que es difícil encontrar relojes originales de borde y foliot intactos en la actualidad. Un aumento similar en la precisión en los relojes de borde siguió a la introducción del resorte de equilibrio en 1658.
Cómo funciona
El escape de borde consiste en una rueda con forma de corona, llamada rueda de escape, con dientes en forma de diente de sierra que sobresalen axialmente hacia el frente y con su eje orientado horizontalmente. [8] [32] Delante de él hay una varilla vertical, el borde, con dos placas de metal, las paletas, que enganchan los dientes de la rueda de escape en lados opuestos. Las paletas no son paralelas, sino que están orientadas con un ángulo entre ellas, por lo que solo una atrapa los dientes a la vez. Unido al borde en su parte superior hay un oscilador inercial, una rueda de equilibrio o, en los primeros relojes, un foliot , una viga horizontal con pesos en cada extremo. Este es el cronometrador del reloj.
Cuando los engranajes del reloj hacen girar la corona (ver animación) , uno de sus dientes se engancha en un palé y lo empuja. [8] Esto hace girar el borde y el foliot en una dirección, y hace girar la segunda paleta en la trayectoria de los dientes en el lado opuesto de la rueda, hasta que el diente se desliza fuera del extremo de la paleta, soltándolo. Luego, la corona gira libremente una distancia corta hasta que un diente en el lado opuesto de la rueda hace contacto con la segunda paleta y la empuja. Esto invierte la dirección de la varilla del borde y el foliot, girando el borde hacia atrás en la otra dirección, hasta que este diente empuja más allá de la segunda paleta. Entonces el ciclo se repite. El resultado es cambiar el movimiento rotatorio de la rueda a un movimiento oscilante del borde y el foliot. Cada oscilación del volante permite así que pase un diente de la rueda de escape, avanzando el tren de las ruedas del reloj en una cantidad fija, moviendo las manecillas hacia adelante a una velocidad constante. El momento de inercia del volante o volante controla la velocidad de oscilación, determinando la velocidad del reloj. El diente de la rueda de escape, empujando contra la paleta en cada oscilación, proporciona un impulso que reemplaza la energía perdida por el foliot a la fricción, manteniéndola oscilando hacia adelante y hacia atrás.
En un reloj de péndulo de borde (ver imagen) que apareció después de que se inventara el péndulo en 1656, el escape se giró 90 ° para que la varilla de borde fuera horizontal, mientras que el eje de la rueda de escape era vertical, ubicado debajo de la varilla de borde. En los primeros relojes de péndulo, el péndulo se adjuntaba al extremo de la varilla del borde en lugar del volante o foliot. En los relojes de péndulo posteriores, el péndulo estaba suspendido por un resorte recto corto de cinta de metal del marco del reloj, y un brazo vertical sujeto al extremo de la varilla del borde terminaba en un tenedor que abrazaba la varilla del péndulo; esto evitó la fricción de suspender el péndulo directamente de la varilla de borde pivotante. Cada oscilación del péndulo soltaba un diente de rueda de escape.
La rueda de escape debe tener un número impar de dientes para que funcione el escape. [32] Con un número par, dos dientes opuestos entrarán en contacto con las paletas al mismo tiempo, atascando el escape. El ángulo habitual entre los palés era de 90 ° a 105 °, [8] [32] lo que resultaba en un balanceo de foliot o péndulo de alrededor de 80 ° a 100 °. Para reducir la oscilación del péndulo y hacerlo más isócrono , los franceses utilizaron ángulos de paleta más grandes, superiores a 115 °. [32] Esto redujo la oscilación del péndulo a alrededor de 50 ° y redujo el retroceso (abajo), pero requirió que el borde se ubicara tan cerca de la rueda de corona que los dientes cayeran sobre las paletas muy cerca del eje, reduciendo el apalancamiento inicial y aumentando la fricción. requiriendo así péndulos más ligeros. [32] [33]
Desventajas
Como podría esperarse de su invención temprana, el borde es el más inexacto de los escapes más utilizados. Sufre de estos problemas:
- Los relojes Verge y los relojes son sensibles a los cambios en la fuerza motriz; disminuyen a medida que se desenrolla el resorte principal . [32] Esto se llama falta de isocronismo. Fue mucho peor en los relojes de borde y foliot debido a la falta de un resorte de equilibrio, pero es un problema en todos los movimientos de borde. De hecho, el método estándar para ajustar la frecuencia de los primeros relojes de borde era alterar la fuerza del resorte real. [34] La causa de este problema es que los dientes de la corona siempre están empujando los pallets, impulsando el péndulo o el volante durante todo su ciclo; nunca se permite que el elemento de cronometraje oscile libremente. [32] Por lo tanto, una fuerza motriz decreciente hace que el péndulo o el volante se balancee hacia adelante y hacia atrás más lentamente. Todos los relojes de borde y los relojes accionados por resorte requerían fusibles para igualar la fuerza del resorte real para lograr una precisión mínima.
- El escape tiene " retroceso ", lo que significa que el impulso del foliot o péndulo empuja la rueda de la corona hacia atrás momentáneamente, haciendo que el tren de la rueda del reloj se mueva hacia atrás, durante parte de su ciclo. [8] [32] Esto aumenta la fricción y el desgaste, lo que resulta en inexactitud. Una forma de saber si un reloj antiguo tiene un borde de escape es observar de cerca el segundero; si se mueve un poco hacia atrás durante cada ciclo, el reloj está al borde. Este no es necesariamente el caso de los relojes, ya que hay algunos otros escapes de péndulo que muestran retroceso.
- En los relojes de péndulo, los amplios ángulos de oscilación del péndulo de 80 ° -100 ° requeridos por el borde provocan una falta adicional de isocronismo debido al error circular .
- Los amplios movimientos del péndulo también causan mucha fricción de aire , lo que reduce la precisión del péndulo y requiere mucha potencia para mantenerlo en funcionamiento, lo que aumenta el desgaste. [8] Así que los relojes de péndulo de borde tenían oscilaciones más ligeras, lo que reducía la precisión.
- Los relojes Verge tienden a acelerar a medida que se desgastan la corona y las paletas. Esto es particularmente evidente en los relojes de borde de mediados del siglo XVIII en adelante. No es nada inusual que estos relojes, cuando se ejecutan hoy, ganen muchas horas al día o simplemente giren como si no hubiera equilibrio presente. La razón de esto es que a medida que se inventaron nuevos escapes, se puso de moda tener un reloj delgado. Para lograr esto en un reloj de borde se requiere que la corona se haga muy pequeña, magnificando los efectos del desgaste.
Disminución
Los escapes de borde se utilizaron en prácticamente todos los relojes y relojes durante 400 años. Luego, el aumento en la precisión debido a la introducción del péndulo y el resorte de equilibrio a mediados del siglo XVII centró la atención en el error causado por el escape. En la década de 1820, el borde fue reemplazado por mejores escapes, aunque durante el siglo XIX se siguieron fabricando relojes de borde económicos.
En los relojes de bolsillo , además de su inexactitud, la orientación vertical de la corona y la necesidad de un fusible voluminoso hicieron que el movimiento del borde fuera de moda. Los relojeros franceses adoptaron el escape de cilindro más delgado , inventado en 1695. En Inglaterra, los relojes de alta gama se decantaron por el escape dúplex , desarrollado en 1782, pero se siguieron produciendo relojes de fusible de borde de bajo costo hasta mediados del siglo XIX, cuando se hizo cargo del escape de palanca . [35] [36] Estos últimos relojes de borde se llamaban coloquialmente "nabos" debido a su constitución voluminosa.
El borde solo se usó brevemente en los relojes de péndulo antes de ser reemplazado por el escape de ancla , inventado alrededor de 1660 y ampliamente utilizado a partir de 1680. El problema con el borde era que requería que el péndulo oscilara en un amplio arco de 80 ° a 100. °. Christiaan Huygens en 1674 demostró que un péndulo que se balancea en un arco amplio es un cronometrador inexacto, porque su período de oscilación es sensible a pequeños cambios en la fuerza impulsora proporcionada por el mecanismo del reloj.
Aunque el borde no es conocido por su precisión, es capaz de hacerlo. Los primeros cronómetros marinos exitosos , H4 y H5 , fabricados por John Harrison en 1759 y 1770, usaban escapes de borde con paletas de diamantes., [8] [37] [38] En las pruebas tenían una precisión de una quinta parte de un segundo por día. . [39]
Hoy en día, el borde se ve solo en relojes antiguos o réplicas antiguas. Muchos relojes de soporte originales tienen sus conversiones de escape de ancla de la era victoriana deshechas y el estilo original de escape de borde restaurado. Los relojeros llaman a esto una reconversión al borde .
Ver también
- El escape de Galileo : el primer escape de reloj de péndulo propuesto por Galileo Galilei .
- Reloj de la catedral de Salisbury: el reloj de funcionamiento más antiguo conocido, con borde y escape de foliot.
- Reloj del castillo de Dover Antiguo reloj de funcionamiento conocido con su borde original y escape foliot.
Notas
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enlaces externos
- El artículo de Weight Driven Clock Encyclopædia Britannica tiene una animación que muestra el funcionamiento de un borde y un foliot.
- Dibujo de verge y foliot en sitio web comercial
- Elytra Design, Diagrama de borde y escape de foliot en sitio web comercial
- Mark Frank (2005), The Evolution of Tower Clock Movements Documento con mucha información técnica sobre los primeros relojes de borde del restaurador de relojes de torre, con muchas imágenes únicas de movimientos, referencias.