La molla come fonte d'energia

La molla è nata alla fine del 1300, poco dopo i primi orologi meccanici.
Le prime erano a spire elicoidali (non a spirale come le attuali), risultavano l'elemento più difficile da costruire (maggiormente col ridursi delle dimensioni) e si dovevano riarmare 2 volte al giorno.

Gli attriti della molla

Gli attriti, che sono presenti tra le spire stesse e quelli della molla con gli altri organi (ad esempio tra la spira più esterna con la parete interna del bariletto), fanno risultare piuttosto stabile la forza erogata.

La forza comunque non risulta perfettamente costante come quella del peso, infatti, è maggiore a tutta carica (quindi l'orologio va leggermente avanti), minore verso la fine (leggermente indietro).

La lama e i suoi bordi devono essere comunque lisci e lucenti per diminuire gli attriti fra le spire stesse e l'interno del bariletto, che per questo deve avere le stesse caratteristiche citate.

Fenomeno di fatica

In alto a sinistra si può vedere il bariletto, in alto a destra la sua molla affaticata, mentre in basso quella nuova
In alto a sinistra si può vedere il bariletto, in alto a destra la sua molla affaticata, mentre in basso quella nuova

Dopo un certo periodo d'impiego, la forza erogata diminuisce perché l'avvolgimento permanente aumenta: se all'inizio la molla presentava un tot di giri di spire, dopo che ha "lavorato" ne presenterà sicuramente di più.

Tutto questo è dovuto al superamento del limite di elasticità che in orologeria serve per far durare la carica almeno un giorno.
Dopo un certo tempo (anni, se è adatta all'orologio) la molla non riesce ad erogare l'energia che serve per avere delle grandi ampiezze d'oscillazione del bilanciere, quindi deve essere sostituita.

L'orologeria moderna ha creato delle molle (dette molle rovesciate) in grado di erogare la forza in maniera più costante.
Hanno la forma di una chiave di violino cioè con un giro (o più) di senso inverso: forniscono più energia perché le spire rovesciate sono montate al contrario; purtroppo per questo sono sottoposte a maggiore pressione.

In ogni caso, per riportare gli orologi alle condizioni originali bisogna obbligatoriamente sostituire le molle.

Lubrificazione della molla

Quando si posiziona la molla si deve lubrificare fra le spire, sopra e sotto, dove avviene il contatto con il bariletto (olio per gli orologi e grasso per la pendoleria).
Negli orologi automatici si deve usare grasso grafittato sulla parte del bariletto dove la molla fa frizione nella fase di troppacarica.

Tempra e ricottura della molla

Una volta le molle erano temprate (procedimento che attribuisce all'acciaio durezza).
Oggi non si fabbricano più in questo modo: la lamina viene schiacciata ad alte pressioni per indurirle.
Il risultato è migliore, tanto che a queste ultime è attribuito l'aggettivo di "infrangibili".

Elasticità e deformazione

La forza della molla è dovuta alla sua elasticità: proprietà dei corpi di riprendere la forma originale dopo aver subito una deformazione.

Ci sono vari tipi di deformazione:
- elastiche, scompare col cessare della forza deformante;
- permanente, rimane anche se è cessata la forza deformante;
- sub - permanente, scompare dopo un certo tempo che è cessata la forza deformante.

Possiamo distinguere anche 2 tipi di elasticità:
- di trazione, ad un'asta verticale è agganciato un peso, l'asta si allunga;
- di flessione, ad un'asta orizzontale è agganciato un peso, l'asta si flette.

In entrambi i casi quando il peso viene tolto l'asta deve tornare come prima.
Ogni materiale ha un coefficiente di elasticità determinato sperimentalmente; se si supera tale soglia si otterranno delle deformazioni permanenti.

La forza della molla

Esiste una formula teorica per calcolare la forza che deve avere la molla, che però non considera che le spire vengono a contatto tra loro o con altre parti; è una formula puramente indicativa che non coincide con la realtà:

F = (π x e x s3 x h x n) / (6 x l)

F = forza della molla
π = costante di 3,14
e = elasticità in g per mm2
s = spessore della molla in mm
h = altezza della molla in mm
n = numero di giri di avvolgimento della molla intorno all'asse
l = lunghezza in mm della molla

Facciamo delle piccole considerazioni: se aumentiamo la lunghezza della molla diminuisce la sua forza, mentre accade il contrario se maggioriamo qualsiasi altro dato.

Lo spessore è elevato alla terza, quindi una piccola variazione di questo dato influenza moltissimo il risultato finale.

La formula illustrata non considera gli attriti che sono presenti tra le spire stesse e quelli della molla con gli altri organi (ad esempio tra la spira più esterna con la parete interna del bariletto).

Proprio grazie a questi attriti, però, la forza risulta piuttosto costante e quindi è accettabile da usare come motore.

Esperienza di laboratorio

Molla di orologio spezzata in molti punti Molla di orologio spezzata in molti punti
Molla di orologio spezzata in molti punti

Dopo una revisione con sostituzione della molla di carica, regolato il movimento e messo in cassa, abbiamo posto l'orologio in prova.
Il giorno dopo lo abbiamo trovato fermo!

Provando a caricarlo ci siamo accorti che la molla non arrivava a fine corsa: smontato il bariletto l'abbiamo trovata nelle condizioni che si possono vedere in foto.
Si era spezzettata in tantissime parti, pur essendo nuova!
Caso raro, visto che generalmente si spezzano in un punto solo.

Questo è un esempio del perché non si possono garantire le molle, in quanto si rompono e perdono la loro forza senza la possibilità d'alcun preavviso.

Approvvigionamento

Come già detto sopra, i vari parametri influenzano moltissimo la forza erogata da ogni singola molla.
Questo comporta una quantità infinita di tipologie e versioni.
Ogni orologio e ogni pendolo ha bisogno della sua molla, con le caratteristiche specifiche per il suo buon funzionamento.

C'è da considerare che sono sempre più rare le fabbriche produttrici, con i costi di ogni singola molla che variano in maniera significativa dai vari fornitori.

Molle con le solite caratteristiche, acquistate in periodi diversi, hanno costi molto differenti.

Personalmente ho avuto un caso eclatante: ho acquistato una molla a 5 Euro e dopo neppure un mese la stessa a 35 Euro!

Questo per far capire come sia impossibile indicare un preventivo esatto riguardo le molle, se non dopo averla effettivamente in laboratorio.