- O mecanismo

O escapamento de âncora

por Walt Odets (Tradução livre por Flávio Maia)

Atualmente, quando falamos sobre o escapamento de um relógio, estaremos nos referindo, quase invariavelmente, ao escapamento suíço de âncora e duplo platô. Foi seu desenvolvimento e refinamento que, no século XIX, colocou a Suíça numa indisputável posição de dominação no mundo da relojoaria. Hoje, este escapamento provou-se um projeto preciso, confiável e resistente a literalmente um trilhão de batimentos.

Embora se saiba que o escapamento regula o compasso do relógio, os princípios relativamente simples pelo qual ele o faz não são completamente compreendidos. Enquanto as específicas geometrias e detalhes do escapamento de âncora são complexos e desafiadores, seus princípios não são.

O que é um relógio?

O relógio é uma versão complexa da ampulheta. O relógio é mais útil porque é capaz de medir o tempo por períodos mais longos do que uma ampulheta de tamanho razoável e não precisa permanecer em pé. Ao invés da passagem de areia por um orifício, o relógio usa uma peça de metal flexível, a mola principal, que é enrolada e liberada. O tempo indicado no mostrador é essencialmente o quanto a mola principal se desenrolou, da mesma forma que a quantidade de areia que tenha passado pelo orifício da ampulheta.

Todos os relógios, não obstante outras complicações possíveis, compartilham de meros seis componentes para realizar o trabalho de “registrar o tempo”. A mola principal fornece energia ao tambor ( fora do campo de visão direito mais baixo da figura 1), que impulsiona a roda central (5). A roda central impulsiona a terceira roda (4), que impele a quarta roda (3), que propele a roda de escape (1). A roda central gira uma vez por hora e o ponteiro de minutos é encaixado na extensão do seu pivô. A quarta roda gira uma vez por minuto, e o ponteiro de segundos é encaixado na extensão do seu pivô. (O ponteiro das horas é impulsionado através do ponteiro dos minutos por uma engrenagem atrás do mostrador, com uma relação de transmissão de 12:1 -“a minuteria” – e gira, é claro, uma vez a cada 12 horas).

Se o relógio se encerrasse com esses cinco componentes (tambor da mola principal, roda central, terceira roda, quarta roda e roda de escape) a mola principal se desenrolaria, mas numa fração de segundos. É, portanto, o sexto componente de todos os relógios, o escapamento, composto da roda do balanço e da âncora de escape (e, corretamente falando, da própria roda de escape), que controla a velocidade do desenrolar da mola principal. A figura 2 mostra um relógio com a roda do balanço removida e o seu pivô no 8. A âncora de escape pode ser vista no 2, seu pivô no 3. A forquilha da âncora (no 2), é acoplada pela roda do balanço, que embala a âncora para frente e para trás em seu rolamento. No 5 e 6, as duas “levées” de rubis da âncora de escape estão visíveis (respectivamente a “levée” de entrada e saída). Pode ser visto nesta fotografia que a âncora de escape é embalada no seu rolamento no sentido anti-horário, e que a “levée” de entrada (5) trava um dos dentes da roda de escape. Este travamento também é mostrado no desenho. Como a maioria das rodas de escape, esta mostrada tem 15 dentes, neste caso, do tipo “club foot”, com uma superfície plana e em forma de pé (Rodas de escape inglesas normalmente tem dentes retos).

O conceito simples do escapamento

A energia da mola viaja pelos cinco componentes do conjunto de engrenagens, tendo a roda de escape com sua última peça. A roda de escape trava e libera intermitentemente (e, conseqüentemente, trava e libera todo o conjunto de engrenagens, ocasionando a marcação do tempo), já que a primeira palheta de rubi imobiliza a roda de escape, a libera, sendo, então, parada pela outra “levée” de rubi. A roda do balanço (através de um rubi, a “elipse”) move a âncora e suas “levées” para frente e para trás em intervalos regulares. O balanço, portanto, calcula o movimento da âncora, que trava e libera a roda de escape. Tudo aquilo é para isto, pelo menos em tese. Aqueles que não desejam detalhes desta operação não precisam ler adiante.

Os detalhes do mecanismo

Como o funcionamento da âncora é obtido com tanta precisão e regularidade, apesar das mudanç as de temperatura, posição do relógio, forç as de inércia aplicadas pelos movimentos do pulso do usuário e choques, é questão de projeto, construção e ajuste do escapamento.

A seguinte descrição de um escapamento completo refere-se às figuras 3, 4 e 5, que estão exaustivamente numeradas em todas as partes relacionadas. Todos os pivôs estão desenhados em amarelo e os rubis em vermelho ( A figura 3 pertence à OMEGA Watch Co.). A roda de escape tipo “club-foot”, de 15 dentes, pode ser vista no 5, e seu pinhã o no 6. Este pinhão é tracionado pela quarta roda. A âncora (7) contém as “levées” e seus rubis em cada extremidade (9 e 10), e a forquilha na outra. As duas projeções angulares na forquilha sã o chamadas de chifres e a área entre os lados paralelos da mesma, de boca.

O conjunto do balanço (1, 2, 3, 4 e a figura 5) contém três componentes principais. O primeiro é a própria roda do balanço (1), o segundo é o platô de impulso (3); o terceiro, o platô de segurança (4). O platô de impulso contém a elipse (3 A, também conhecido como pino de rubi ou pino do balanço) que engata na boca da âncora e a impulsiona para trás e para frente, assim que a roda do balanço oscila em cada direção. O platô de segurança possui um corte em forma de meia-lua que é ocupado pelo “dardo” ( “Guard Pin” ) quando o balanço está centralizado na âncora.

Quando o balanço é girado além do centro, em cada direção, o espaço proporcionado pelo corte em meia-lua não é suficiente para o dardo e, conseqüentemente, a âncora não pode se mover lateralmente e acidentalmente liberar a roda de escape. Com a meia lua afastada do centro, o dardo acerta a borda do platô de segurança, tendo seu movimento obstruído e, conseqüentemente, o da âncora. Isto é necessário para impedir a liberação indesejada dos dentes da roda de escape quando ocorrerem choques e ao ajustar as horas do relógio.

Finalmente, em nossa detalhada descrição do escapamento, existem os pinos de limite (figura 6). Eles estão em cada lado da âncora, limitando seu curso. Os pinos de limite determinam o exato acoplamento das “levées” de rubis com os dentes da roda de escape. Ao invés de pinos de limite, pode ser usado o limite inteiriço (mostrado na figura 6 – “solid banking”). Enquanto pinos delimite são mais fáceis de ajustar, acreditam alguns ser o limite inteiriço mais estável. Um dos requerimentos do “Selo de Genebra” (concedido pelo Cantão de Genebra aos relógios produzidos em Genebra, alcançados os requerimentos da chancela) são limites inteiriços. Estes só podem ser ajustados raspando o metal da base ou criando entalhes que permitam a superfície de contato ser dobrada.

Porque tudo isto funciona: os ângulos

A figura 7 está incluída, não muito pelos detalhes, mas para indicar a real complexidade de um escapamento de âncora que se proponha a funcionar corretamente. Os ângulos da superfície dos dentes da roda de escape, “levées”, rubis das “levées” e âncora, devem ser exatos em um excelente relógio. O engate e desengate dos rubis das “levées” necessita ser preciso, suave e quase absolutamente consistente. Uma diferença tão pequena quanto 0,5 mm nas dimensões ou no alinhamento de um rubi da “levée”, é a diferença entre um engate adequado e consistente da “levée” no dente da roda de escape ou não. Se a “leveé” não engatasse corretamente uma vez a cada 1000 ciclos, o erro na marcação do tempo atingiria horas por dia.

Além disto, os rubis das “levées” fazem muito mais do que simplesmente bloquear e liberar os dentes da roda de escape. No desengate, o rubi da “levée” efetivamente impulsiona a roda do balanço em seu curso, na direção oposta. Cada rubi da “levée” tem uma superfície de travamento e outra de impulso, como demonstrado na figura à esquerda. Enquanto a ponta do rubi da “levée” começa a engatar o dente da roda de escape, as geometrias de todos componentes asseguram que a rotação da roda de escape (e a pressão do dente na superfície de bloqueio do rubi) tracione a “levée” para baixo, até um contato mais firme com o dente. Isto é denominado “tração”. O ligeiro movimento descendente da tração causa o “curso ao limite”, em que a âncora contata seu pino de limite ou limite inteiriço. Enquanto a elipse ( no platô de impulso) volta através da oscilação de retorno do balanço e, contata a boca da âncora, o rubi da “levée” é liberado do travamento, permitindo a continuação do movimento de rotação da roda de escape. Como ilustrado na fotografia acima à direita, a ponta do dente de escape contata a superfície de impulso do rubi que está sendo liberado, e o ângulo entre este e o dente cria um impulso ascendente no rubi. Isto é conhecido como impulso. Através da âncora, do boca da âncora e da elipse, o impulso propele o balanço a oscilar em sentido oposto. A superfície plana da extremidade do dente de escape tipo “club-foot” é projetada para distribuir a força de impulso, na superfície do rubi, mais uniformemente. Observe que a “levée” de saída e entrada percorrem um ciclo de engate, contato, bloqueio, e se liberam. Enquanto um rubi é liberado, o outro esta entrando em posição de engate.

A mola do balanço

Eu deixei a mola do balanço (também conhecida como “cabelo”) por último porque, em alguns aspectos, é o coração do escapamento e seu componente mais sutil. A ilustração à esquerda mostra a “torneira do balanço” (uma “torneira” é uma ponte unida ao movimento em somente uma extremidade) com a mola e o balanço unidos. A montagem está ao contrário (de cabeça para baixo) da sua posição no relógio. O item 1 é o platô de impulso contendo a elipse (4). O platô de segurança com a meia lua encontra-se logo abaixo (acima, no relógio) do pivô inferior do balanço (3). Os três pinos de encaixe (6) simplesmente posicionam a torneira do balanço adequadamente na base do movimento. O grande furo entre os pinos de encaixe é para o único parafuso que prende a torneira do balanço ao movimento. O chanfrado à esquerda do furo para o parafuso permite a inserção de uma chave de fenda de 1.0 mm, possibilitando que se erga a torneira após a remoção do parafuso. A mola do balanço (5) encontra-se entre o balanço e a torneira.

A extremidade final do “cabelo” é encaixada ao “collet” (palavra francesa para colar – no Brasil, utiliza-se a terminologia “virola”) por meio de um pequena fenda, como ilustrado à direita (mola em vermelho). A grande fenda é usada para desanexar o “collet” dos componentes do balanço. Como a roda do balanço e o “collet” são encaixados firmemente ao eixo do balanço, esta extremidade da mola gira para frente e para trás com o conjunto. A outra extremidade da mola é encaixada ao “piton”. O “piton” é uma braçadeira aparafusada firmemente à torneira, normalmente indicada por um pequeno triângulo gravado nesta. Alternativamente, o “piton” pode ser uma peça de um conjunto móvel montado na torneira do balanço conhecida como “piton” móvel ou “piton” ajustável. Em qualquer caso, essa extremidade da mola é imóvel em relação à operação da roda do balanço. Como ilustrado na figura 8, o “piton” é visto no 1, e a ultima volta exterior da mola no 2. A mola encaixa no lado de baixo do “piton”, no 3. O “collet” para o encaixe interno esta no 4.

Alguns relógios são ditos terem molas de balanço planas, o que significa que a última bobina exterior da mola (antes dela encaixar-se ao pino na torneira do balanço) encontra-se no mesmo nível das outras bobinas (Isto não diz respeito à seção transversal da própria mola, já que todas as molas de balanço são de seção transversal retangular ou planas). Quando a mola do balanço não é plana, isto indica o uso de uma mola de balanço “overcoil”, como ilustrado abaixo à esquerda. A mola de balanço “overcoil” é referida freqüentemente como “overcoil” de Breguet. A “overcoil” de Breguet pode ser configurada em centenas de formas, dentre as quais são mais conhecidas a “curva de Lossier” e a “curva de Phillips”. A ilustração abaixo à esquerda mostra uma curva de Phillips, com seu característico ponto plano. A curva de Lossier é totalmente radial. A ilustração abaixo à esquerda também mostra o ponto externo de fixação da mola, no triângulo azul (que na verdade é uma parte da torneira do balanço, não mostrada nesta ilustração), e o encaixe interno no collet, em verde. A mola é vista entrando no collet na seta verde.

A mola do balanço possui uma única função. Assim que o impulso da “levée” de saída tenha propelido o balanço em uma direção, a mola inverte sua direção no final da oscilação. Enquanto o balanço oscila em sentido anti-horário, ele desenrola a mola (na maioria dos relógios); enquanto oscila no sentido horário, enrola a mola. A tensão produzida na mola (em cada direção) reverte o curso do balanço. Ao executar esta operação, a mola do balanço é responsável pelo arco da oscilação (amplitude) e, assim, pelo sincronismo e precisão (isto é, consistência) do movimento. A oscilação do balanço sincroniza a ação da âncora de escape e, conseqüentemente, a rotação da roda de escape e a velocidade com que a mola principal desenrola. A amplitude normal de um relógio contemporâneo é de aproximadamente uma e meia volta, ou aproximadamente 270º (uma volta corresponde a 180º, falando-se em rodas de balanço). Se a amplitude é demasiadamente pequena, o relógio irá funcionar fraco e irregular; se muito grande, é arriscado colidir. Colisões ocorrem a elipse gira completamente e acerta a parte externa da âncora.

Ajustando a mola do balanço

Ajustes na mola do balanço são uma tarefa muito especializada normalmente executada por relojoeiros especialmente treinados, conhecidos como cronometristas. Esses ajustes são feitos depois dos ajustes básicos no próprio balanço. Embora tenha discutido a roda do balanço num artigo anterior do Horologium (nota do tradutor: referido artigo encontra-se disponível no site Timezone, em inglês), é suficiente dizer que a roda deve estar perfeitamente redonda e equilibrada (isto é, em equilíbrio, sem pontos sobrecarregados). Erros residuais inevitáveis no equilíbrio do balanço, porém, podem ser parcialmente compensados pelo ajuste da mola do balanço.

O ajuste da mola, normalmente conhecido como sincronismo, tem quatro objetivos primários, todos relacionados à obtenção de precisão ou cadência absoluta: (1) Possibilitar a extensão e contração simétrica da mola a partir do centro do seu comprimento (isto é, o centro da bobina central), a fim de compensar os efeitos da gravidade sobre a mola, que arqueia sobre seu próprio peso e, conseqüentemente, introduz diferenças de funcionamento em posições diversas do relógio. Isto é uma questão de precisão. (2) Para maximizar o isocronismo do movimento, de modo que todas as oscilações do balanço durem ( o tanto quanto possível) o mesmo tempo, não obstante o arco percorrido. Esta também é uma questão de precisão. (3) Para ajustar a mola de modo que o relógio esteja “no compasso”, significando que o tempo entre a batida da elipse na boca da forquilha, percorrendo em uma direção, seja igual ao intervalo quando o pino de impulso esta percorrendo na outra. (Isto é obtido aproximadamente tendo o pino de impulso centrado na forquilha com o balanço em repouso). Isto também é uma questão de precisão. (4) E o ajuste da mola para assegurar se a marcha absoluta do relógio está correta (isto é, se o relógio se mantém correlato a um padrão de tempo). Observe que a precisão é, de longe, a questão complexa. Sem precisão, a questão de marcha absoluta é, em todo caso, discutível.

Todos estes objetivos são alcançados através de relativamente simples, algumas vezes ardilosos, ajustes da mola do balanço. Estes incluem girar o collet para modificar a posição do encaixe interno da mola; alongando ou encurtando a mola através do “piton”; alterando a posição do “piton”; pelo afrouxamento da presilha do “piton”, e movendo-se a mola ligeiramente (8, figura 9); modificando o raio e forma do “overcoil” (9) ou, no caso de uma mola plana, o raio e a forma da bobina mais externa. Estes são os únicos ajustes de mola disponíveis para centralizar a mesma, compensando-a para gravidade e efeitos posicionais, alcançando isocronismo e ajustando o compasso.

O último ajuste disponível em vários relógios é realizado com o regulador (1, 5 e 6, figura 9), que é usado para ajustar a marcha diária depois que todos os outros ajustes tiverem sido feitos. O indicador do regulador (1) aponta para marcas em uma escala gravada na torneira do balanço, para referência visual durante o ajuste. O indicador é encaixado no anel do regulador (5) que contém os pinos de retenção (6), que deslizam ao longo do comprimento da mola assim que o regulador é movido (ilustrado totalmente à esquerda). Algumas vezes o ajuste é feito simplesmente movendo o indicador, o que pode ser difícil de fazer com precisão, particularmente em regulagens muito pequenas. No caso do regulador de precisão “swans-neck” ilustrado, o mesmo é movido girando o parafuso (4 e 4A) contra aquilo a que o regulador é seguro pela mola do “swan-neck” (2). Tal arranjo proporciona o mínimo de “jogo” no sistema. O movimento dos pinos de retenção modificam o comprimento efetivo da mola. “Encurtando” a mola aumenta-se o compasso; estendendo-a, o diminui. Ao contrário dos pinos de retenção planos ilustrados, alguns contém anteparos que evitam que algumas bobinas da mola se prendam no regulador. A regulagem também pode afetar ligeiramente o compasso, e isto freqüentemente exige alguns ajustes após a regulagem da marcha. No entanto, alguns projetos de regulador como o Triovis (ilustrado acima à esquerda), automaticamente compensam para o compasso durante a regulagem. O parafuso de ajuste de precisão é visto no 1, e o anteparo de contrabalanceamento do compasso no 3. O suporte do pino de retenção é visto no 2.

Conclusões

Tão simples quanto os conceitos, o moderno escapamento de âncora e duplo platô é uma realização notável. Na sua forma atual mais comum, funcionando a 28.800 oscilações por hora, o rubi da “levée” acopla e libera um dente de escape 691.200 vezes por dia. Qualquer distúrbio em qualquer parte do mecanismo, mesmo de pequena proporção, pode causar efeitos dramáticos na precisão. Por exemplo, qualquer mudança na mola do balanço, pivôs do balanço, âncora ou ação de impulso das “levées”, equivalente a apenas um por cento de alteração na inércia da roda do balanço, irá causar aproximadamente sete minutos e meio de erros durante 24 horas. Isto é equivalente a mudar o tamanho efetivo da mola do balanço em apenas 1,2 mm.

Talvez tão notável quanto a precisão do escapamento de âncora seja sua confiabilidade e durabilidade. Nos quatro anos entre uma revisão, o relógio de 28,800 oscilações por hora terá completado aproximadamente 505 milhões de ciclos completos do escapamento: mais de um bilhão de acoplamentos e impulsos de cada “levée” e o número equivalente

Nota do tradutor: Gostaria de agradecer a Walt Odets e à equipe do site Timezone por gentilmente permitirem a tradução e divulgação deste artigo.

Os relojoeiros brasileiros, sobretudo pela influência do saudoso professor Dimas de Melo Pimenta, fundador do Instituto Brasileiro de Relojoaria – hoje extinto -, adotaram a terminologia francesa dos componentes de um relógio. Assim, mantive-me fiel aos termos adotados na obra “Manual do Aprendiz de Relojoeiro, 2ª Edição”, de autoria de Dimas Pimenta. Alguns componentes dos movimentos mecânicos, porém, não possuíam designação neste livro, razão pela qual realizei a tradução livre de algumas palavras.