Welke factoren beïnvloeden de tijdsnauwkeurigheid van mechanische horloges

De nauwkeurigheid van de tijdsweergave van mechanische horloges wordt door vele factoren beïnvloed. Over het algemeen zijn dit voornamelijk de volgende 8 belangrijke factoren:

1, Externe Invloeden

Dit zijn diverse invloeden die van buiten het uurwerk komen, afhankelijk van de werkomgeving. Veelgebruikte maatregelen zijn onder meer: schokbestendig ontwerp, waterbestendig ontwerp, antimagnetisch ontwerp en extra beschermende buitenbehuizingen. Cardanische ophangingen worden vaak gebruikt bij precisie-scheepschronometers om ze waterpas te houden tijdens hevige bewegingen.

2, Wrijving  
   
Wrijving heeft over het algemeen zowel positieve als negatieve effecten. Er zijn positieve aspecten, zoals wrijvingsgekoppelde minuutwielen, wrijving tussen de veer van een automatisch horloge en de trommelwand, en zelfborgende schroeven. Aan de andere kant leidt wrijving tot een vermindering van de transmissie-efficiëntie en slijtage van onderdelen, wat de tijdwaarneming beïnvloedt. Veelvoorkomende oplossingen zijn: het verbeteren van de smering door verschillende smeeroliën te selecteren op basis van uiteenlopende vereisten; het gebruik van robijnlagers of schudders; en het verbeteren van de tandflankcondities van tandwielen, inclusief het toepassen van wetenschappelijke geconjugeerde tandprofielen en het verbeteren van de oppervlakteafwerking. Tandflanken worden echter doorgaans niet gesmeerd (in dergelijke gevallen kan de weerstand die wordt gegenereerd door de viscositeit van de smeerolie hoger zijn dan de wrijving).

3, Regulateur

De regulateur is een economische structuur die het instellen van de tijd vergemakkelijkt, maar zowel theorie als praktijk bevestigen dat dit het isochronisme van het systeem beïnvloedt en ook positionele fouten kan veroorzaken. Deze tijdwaarnemingsfouten zijn relatief willekeurig en kunnen niet worden gecompenseerd of opgeheven. Oplossingen zijn onder meer: het minimaliseren van de afstand tussen de binnenste en buitenste reguleerpennen; de beste aanpak is echter om geen regulateur te hebben en de gang te verstellen door het traagheidsmoment van de balans aan te passen, zoals het Microstella-verstelsysteem van Rolex.

4, Gangwerk

De invloed van de gangregelaar is voornamelijk het effect dat tijdens het energieoverdrachtsproces wordt uitgeoefend op het balansveersysteem. Het balansveersysteem kan alleen een vaste oscillatiefrequentie behouden onder omstandigheden van vrije oscillatie; het is duidelijk dat het energieoverdrachtsproces van de gangregelaar deze oscillatiefrequentie zal beïnvloeden. De theorie geeft aan dat wanneer het overdrachtsproces zich dicht bij het evenwichtspunt van het balanswiel bevindt, deze invloed wordt verminderd. Oplossingen omvatten: het toepassen van een precisiegangregelaar, zoals een chronometergang met losse veer, waarbij de energieoverdracht plaatsvindt nabij het evenwichtspunt, de impulshoek erg klein is en de schok ook relatief gering is. Bovendien geeft de unidirectionele impuls het balansveersysteem meer ruimte voor vrije oscillatie (in dit opzicht kan de relatieve fout worden gehalveerd!). Natuurlijk heeft het Zwitserse ankergang de voordelen van gedegen vakmanschap en gebruiksgemak bij het afstellen, waardoor dit vandaag de dag de gangbare gangregelaar is in internationale mechanische horloges. Desalniettemin moet de impulshoek tijdens het ontwerpen zo veel mogelijk worden geminimaliseerd. Om de invloed van de gangregelaar op de tijdwaarnemingsreferentie te verminderen, introduceerde het Zwitserse Omega de co-axiale gangregelaar, een uitvinding van Dr. George Daniels uit Groot-Brittannië, hoewel het vanuit het perspectief van het werkingsprincipe een hybride is van de ankergang en de chronometergang.

5, Temperatuurinvloed

Het effect van temperatuur manifesteert zich op twee manieren: ten eerste veranderen temperatuurveranderingen de werklengte van de balansveer terwijl tegelijkertijd het traagheidsmoment van het balanswiel verandert, wat direct van invloed is op de nauwkeurigheid van de tijdwaarneming; ten tweede beïnvloeden temperatuurveranderingen de viscoositeit van de smeerolie en de overdrachtsefficiëntie, wat op zijn beurt de tijdwaarneming beïnvloedt. Methoden om dit aan te pakken zijn onder meer: het toepassen van een bimetallisch gedeeld temperatuurgecompenseerd balansveersysteem; het gebruiken van speciale legeringsmaterialen om de balansveer en het balanswiel te vervaardigen zodat ze een bepaalde mate van temperatuurcompensatie bieden binnen het bedrijfstemperatuurbereik (8°–38°); en het inzetten van verplaatsbare regelaarspennen voor temperatuurcompensatie. Standaard smeeroliën worden gebruikt, terwijl voor extreme temperatuuromstandigheden, zoals bij Omega's Moonwatch, ongesmeerde of vaste smering wordt toegepast.

6, Magnetische Velden

Magnetische velden hebben de meeste invloed op de balansveer, doordat ze de elasticiteitsmodulus veranderen en ervoor zorgen dat de balansveer vervormt onder invloed van het magnetische veld, wat extra spanning veroorzaakt. In ernstige gevallen kunnen magnetische velden ervoor zorgen dat de windingen van de balansveer aan elkaar plakken, wat de tijdmeting ernstig beïnvloedt. De oplossing is: het gebruik van antimagnetische materialen.

7, Balansveerevenwicht

Bij een standaard platte balansveer verandert het zwaartepunt met de kantelhoek van het balanswiel, en onder invloed van de zwaartekracht produceert dit een positiefout. Oplossingen zijn onder meer: het toepassen van een opgaande spiraal (Breguet-balansveer) waarbij het centrum samentrekt en het zwaartepunt niet verandert met de kantelhoek; het gebruik van cilindrische balansveren met Philips-eindcurven die symmetrisch boven en onder zijn geplaatst; het gebruik van rechte balansveren; historisch gezien zijn sferische balansveren gebruikt die superieure prestaties bieden, maar de vervaardiging ervan is lastig, dus ze worden zelden in de praktijk toegepast.  
 
    8, Balanswielevenwicht

De balans van de balanswielcomponenten is direct van invloed op de positiefout, en statische balans van de balanswielmontage is een fundamentele vereiste.

Als de voornoemde factoren relatief ideaal zijn en de tijdmeting van het horloge relatief stabiel is, kunnen de prestaties van de tijdmeting alomvattend worden verbeterd door middel van dynamische balans van het horloge. Er is een zeer speciale methode: het principe is dat wanneer de amplitude van het balanswiel 220 graden bereikt, verschillende impulsen die naar het balanswiel worden overgebracht geen effect hebben op de frequentie. Iemand heeft ooit een constant-krachtmechanisme gebruikt dat op het ankerwiel was geïnstalleerd om de amplitude te regelen zodat deze nabij 220 bleef, wat eveneens een levensvatbare methode is.