Dall'Horological Journal dell'Agosto 1999

La costruzione dello scappamento coassiale

Timothy Treffrey e Derek Pratt visitano le fabbriche ETA e Nivarox in cui stanno per essere costruite diverse migliaia di scappamenti coassiali. La ditta Nivarox produce gli scappamenti per il 95% degli orologi meccanici costruiti in Europa. Le uniche grandi case che producono in proprio i loro scappamenti sono Rolex e Jaeger-Le-Coultre. La Nivarox, che fa parte del gruppo Swatch, opera in quattro sedi ed impiega 550 persone. La fabbrica Nivarox di Le Locle costruisce àncore, ruote di scappamento e bilancieri. Le spirali ed i bilancieri sono assemblati a Saint Imier. La nostra visita in questi luoghi affascinanti è stata organizzata per focalizzare l'attenzione sulla produzione dell'Omega De Ville Coassiale, che associa un nuovo scappamento ad un nuovo bilanciere per produrre un orologio con certificato di cronometro del COSC che sembra avrà un'elevata stabilità di marcia sul lungo termine. Lo scappamento coassiale Omega-Daniels (disegno CAD) in un'illustrazione Omega.

La costruzione dell'àncora
La produzione di componenti di precisione per l'industria degli orologi è stata rivoluzionata dall'impiego dell'elettroerosione. Per piccole serie, questo metodo è usato direttamente per realizzare i pezzi. Per grandi volumi l'elettroerosione può essere sfruttata per costruire utensili estremamente precisi per le presse in materiali duri.

Foto da scansione elettronica della speciale àncora a tre leve dello scappamento coassiale. Tranne che per le pareti interne della forchetta ed i lati del dardo, l'àncora è interamente prodotta con una pressa e non richiede nessun'altra operazione di finitura. L'àncora nell'immagine ha una dimensione massima di 3.5 mm. (J. Proctor)

Il corpo base dell'àncora, sia per lo scappamento tradizionale che per il coassiale, è stampato partendo da una lamiera d'acciaio. La pressa impiegata non è formata semplicemente da un punzone ed uno stampo ma è un utensile che con una serie di punzoni compie delle operazioni successive per produrre il profilo finale. La sequenza prima forma uno sbozzo sovradimensionato che è poi ridotto a misura e forato. Il profilo finito è depositato in un foro combaciante preventivamente eseguito su un nastro di ottone. Questo trasporta l'àncora verso la successiva fase di lavorazione con il giusto orientamento.

A sinistra, proiezione della prima fase nello stampaggio dell'àncora per lo scappamento coassiale; a destra, il profilo finale.

L'operazione successiva è la molatura delle corna dell'àncora. Durante la lavorazione la pinza che tiene l'àncora è fatta oscillare per impartire una leggera curvatura al profilo verticale. Un'altra pressa particolare forma il dardo partendo da uno sbozzo di rame al berillio preventivamente tornito e lo rivetta al corpo dell'àncora. La punta del dardo è molata in due fasi. Quando l'àncora è rovesciata per molare il secondo lato della punta, il senso di rotazione della ruota abrasiva è invertito, cosicché l'asportazione di materiale avviene sempre nella stessa direzione, lasciando ogni possibile bava sullo stesso lato.

Molatura delle pareti della forchetta con un disco in ceramica. Il mandrino che supporta il pezzo durante la lavorazione viene fatto oscillare per impartire un profilo convesso alle pareti .

La pressa impiegata per formare il dardo e ribadirlo sull'àncora. Da notare i cuscinetti a sfera impiegati sulle guide della pressa. Qui l'àncora viene messa in posizione per la lavorazione.

Una volta completato il corpo metallico, le ancore sono impilate in tubi, sempre per poter essere inviate alla prossima macchina col corretto orientamento.
Nel frattempo, bisogna pensare all'orientamento delle leve in rubino. Ciascuna leva ha forma di parallelepipedo con una base inclinata. Le leve sono poste in una vaschetta vibrante che provvederà a distribuirle. Questo accessorio è molto usato per orientare piccoli componenti negli impianti di assemblaggio. Esso consiste di un vaso poco profondo di forma conica con una rampa avvolta a spirale sulla parete interna. I componenti sono trascinati verso il bordo dalle vibrazioni. La rampa ha un profilo tale da permettere che le parti possano percorrerla solo in un'unica fila. Varchi e fori intercettori appositamente disegnati impartiscono o selezionano un particolare orientamento cosicché i componenti possano essere inviati ad una fase di assemblaggio automatizzato. In questo caso le leve in rubino lasciano la vaschetta scorrendo in fila lungo un canale rettilineo. Quelli che hanno il corretto orientamento sono identificati da un raggio luminoso che si riflette sulla base inclinata ed è rilevato da un sensore. Un piccolo soffio di aria compressa spinge lateralmente le leve scelte per impilarle in tubi da trasferire poi alla macchina per l'assemblaggio. Le leve che non sono correttamente orientate ritornano alla vaschetta vibrante per un altro tentativo. Sia nello scappamento tradizionale che in quello coassiale le leve d'àncora sono di tipi differenti, quindi ciascuna leva deve essere trattata separatamente.

Il dispositivo che seleziona le leve correttamente orientate prima dell'assemblaggio. Le leve in rubino sono poste in una vaschetta vibrante (a destra, in primo piano) e viaggiano in fila per uno verso un sensore ottico. Quelle rivolte nel senso appropriato sono spinte dentro ad un tubo che le invia alla macchina per l'assemblaggio delle àncore.

Le leve in rubino sono allora pressate nelle scanalature dell'àncora. Questa è un'operazione caratterizzata da un alto grado di precisione. Non solo il bordo di ciascuna leva deve posizionarsi entro un margine di tolleranza di 0,014 mm, ma questo margine ha una precisa relazione con la posizione dell'asse dell'àncora. Simili tolleranze si applicano alle posizioni dei bordi delle corna e del dardo. La leva d'uscita deve entrare nel suo alloggiamento abbastanza stabilmente da rimanere immobile, ma non così fermamente da alterare la geometria dell'àncora.

L'immagine di un'àncora per lo scappamento coassiale proiettata su un disegno in scala, per verificare che il suo profilo e le posizioni delle leve rimangano entro le ristrette tolleranze previste. Il bordi delle leve devono restare all'interno di un margine equivalente a 0,014 mm. sul disegno in scala.

Dopo che le leve sono state montate, è applicata della gommalacca per assicurarsi che non si possano muovere. Durante una fase successiva, le leve saranno trattate con epilame, che sarà rimosso dalle superfici di lavoro tramite lucidatura. L'epilame è un composto per l'applicazione superficiale, in origine sviluppato da Paul Ditisheim, che serve ad evitare che l'olio si sparga dalle superfici che non sono state trattate.

Le àncore montate sono poste su dischi metallici per essere trasferite alla macchina che applica una goccia di gommalacca fusa alla base di ciascuna leva.

La precisione richiesta dalle presse che producono le ancore per lo scappamento coassiale è tale che la loro produzione è stata responsabile della maggior parte dei costi di sviluppo.
La fase conclusiva dell'assemblaggio è l'aggiunta dell'asse dell'àncora. La macchina "intelligente" che compie questo lavoro controlla anche che le àncore siano complete. Hanno l'albero? Il perno superiore è a posto? Il perno inferiore è a posto? Gli scarti sono distribuiti in contenitori separati cosicché il tasso ed il tipo di errore possano essere analizzati.

Ruote di scappamento e pignoni
La produzione della più grande fra le due ruote dello scappamento coassiale segue il normale procedimento industriale: gli sbozzi sono stampati su una lamiera d'acciaio e i denti sono tagliati tramite fresatura. Il foro centrale è eseguito per ultimo. Il "pignone di scappamento", caratteristica peculiare dello scappamento coassiale, è integrale con l'albero del gruppo di scappamento ed è eseguito con lavorazioni di tornitura e fresatura. Dopo il trattamento termico, i due componenti sono lucidati elettroliticamente. Poi, sono assemblati con i denti nella corretta posizione reciproca e saldati al laser, a completare la parte coassiale dello scappamento.

Bilancieri
Avevamo perso talmente tanto tempo, assorbiti dalla produzione delle àncore, che non abbiamo potuto porre molta attenzione ai bilancieri.
Gli sbozzi sono torniti da barre di una speciale lega di rame-berillio. Viene praticato un foro per definire il centro; le razze sono tagliate con un punzone; vengono asportate le bave di lavorazione ed è eseguita la sabbiatura. Per ottenere l'equilibratura (entro un margine di ± 1mg/cm.) e il necessario momento d'inerzia vengono usati degli utensili da taglio diamantati. Lo sbozzo è sottoposto inizialmente a trattamento termico e durante la costruzione vi sono ulteriori trattamenti per temprare e rinvenire il bilanciere. Sono necessarie da 12 a 15 operazioni per ottenere un bilanciere normale. Bilancieri di tipo più complesso, come il Gyromax, richiedono fino a 45 operazioni.
Il bilanciere per lo scappamento coassiale è del tipo a spirale libera ed è tarato con due viti di regolazione in oro, inserite in due svasature radiali sulla corona esterna. Queste viti accuratamente calibrate sono costruite in casa. Tutti gli stampi ed i macchinari sono costruiti o modificati dagli ingegneri del Gruppo Swatch.

Le spire interne della spirale e la virola Nivatronic a quattro lobi alla quale la spirale è saldata.

La curva terminale della spirale viene formata e controllata accuratamente tramite proiezione ottica:

In un altro passaggio, ad oggi unico negli orologi nuovi, la curva terminale è riscaldata per rinvenirla. Le leghe della famiglia dell'Invar hanno una "memoria". Esse tenderanno a tornare alla forma originaria se la spirale subirà un urto. Trattare termicamente la curva terminale cancella la "memoria" della forma precedente [prima della formazione della curva, n.d.t.] e rende la spirale resistente agli urti.

Trattamento termico della curva terminale. L'utensile verticale, a sinistra, porta una piccola fiamma all'idrogeno che viene passata sopra alle spirali trasportate dalla tavola girevole.

Se un De Ville Coassiale cade, non solo il tradizionale sistema Incabloc® proteggerà i perni dell'asse del bilanciere, ma il trattamento termico della spirale tenderà a conservare inalterata la frequenza di funzionamento. Questo migliora ulteriormente la stabilità insita nel bilanciere a spirale libera.

Regolazione
I movimenti degli orologi sono assemblati nella linea di produzione in parte automatica ed in parte manuale largamente diffusa nell'industria.

Una parte della linea d'assemblaggio dei movimenti.

Lubrificazione di un movimento sulla linea d'assemblaggio.

Sono state sviluppate attrezzature non comuni per regolare la marcia del De Ville Coassiale. Le viti di regolazione sul bilanciere hanno un margine di efficacia di 150 secondi al giorno. Il bilanciere in un movimento finito può essere visto molto da vicino da un operatore che usa un sistema video. La sua marcia è rilevata da una macchina per il controllo. Con un micromanipolatore dal tocco così delicato che surclasserebbe un chirurgo impegnato in un'operazione di microchirurgia, l'operaio ferma il bilanciere e guida un utensile speciale, una chiave a brugola in miniatura, prima su una vite di regolazione e poi sull'altra. Ognuna è tarata in modo da portare la marcia entro le tolleranze richieste. L'utensile viene ritirato e la marcia ricontrollata (lo scappamento coassiale riparte da sé).

Utilizzo dell'utensile che regola le viti per aggiustare la marcia dell'orologio. Dopo aver rilevato lo scarto iniziale con la macchina per il controllo, l'operatrice, con la mano sinistra, gira un morbido rullo portato a contatto col bilanciere (parte bassa del video). Il bilanciere viene fatto girare fino a che, usando la mano destra, l'operatrice può applicare una chiave ad ognuna delle due viti di regolazione della marcia dell'orologio.

Disegno del bilanciere con spirale libera visto da sotto il ponte. La spira esterna della spirale è fissata al pitone con resina epossidica. La regolazione del tempo è effettuata esclusivamente tramite le due viti di regolazione. Da notare la leva d'impulso sul disco del bilanciere.

Scansione elettronica di un dettaglio di un perno dell'àncora. Il diametro del perno è di 0,093 mm.

Di solito, non è necessaria nessun'altra regolazione, è buona la prima! I movimenti finiti sono allora sottoposti a controlli della marcia di più lunga durata in diverse posizioni, come parte delle complete procedure di controllo della qualità.

Controllo della marcia in diverse posizioni di più batterie di movimenti. Ogni risultato al di fuori dei limiti di tolleranza è evidenziato e stampato in rosso.

Caratteristiche tecniche e prestazioni
Il movimento Calibro 2500 del De Ville Coassiale Omega è da 11 ½''' (linee: 25,6 mm. di diametro); è alto 3,9 mm.; ha 27 rubini; una riserva di marcia di 44 ore; una frequenza di funzionamento di 4Hz ed un sistema di regolazione inerziale da 7,2mg/cm2.
Ogni orologio è fornito di certificato di cronometro rilasciato dal C.O.S.C.. Un normale risultato mostra uno scarto giornaliero medio di 1,3 secondi; una variazione giornaliera media della marcia di 0,4 secondi; una variazione giornaliera massima della marcia di 1,1 secondi; una differenza giornaliera fra posizione di quadrante in alto e corona in alto di 0,6 secondi; una differenza massima fra posizione di quadrante in alto e corona in alto di 3,2 secondi ed una variazione alla temperatura di 0,17 secondi al giorno per grado centigrado. I test alle diverse posizioni sono effettuati alla temperatura di 23°C ed i test della compensazione delle variazioni di temperatura sono stati effettuati ad 8 e 38°C. Una volta riportata la temperatura dell'orologio a 23°C, la sua marcia si è mantenuta entro uno scarto di 0,5 secondi al giorno rispetto a quella registrata in precedenza. Nelle prove di marcia condotte dalla Omega, nelle quali si dice che otto ripetizioni di cicli da sette giorni ciascuno, con variazioni di temperatura ed umidità, siano equivalenti ad un anno d'uso normale, l'ampiezza d'oscillazione si è dimostrata considerevolmente stabile lungo un arco di venti cicli.

Le prestazioni di un orologio con scappamento coassiale a temperatura ambiente su un periodo di 200 giorni. L'ampiezza di oscillazione è misurata ogni 24 ore nelle posizioni di "quadrante in alto" e "pendente a sinistra" [con l'orologio appoggiato su un fianco, n.d.t.]. Tra una misurazione e l'altra, l'orologio è tenuto su una macchina carica-automatici Cyclomat. L'ampiezza di oscillazione è straordinaria e l'ampiezza nella posizione di pendente a sinistra approssima l'ideale teorico.

In un test più informale, i membri del team di sviluppo indossano degli orologi equipaggiati col nuovo scappamento nelle loro attività quotidiane. Esse includono una quantità di sport impegnativi, uno dei quali è la pallavolo. Nella pallavolo il polso è soggetto ad urti fino a 6.000 G. Nelle prove, gli orologi col nuovo movimento hanno mantenuto la loro marcia dopo un impatto laterale di 5.000 G, il trattamento termico della spirale sembra efficace.

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