Klok met innovatief veersysteem

In het stadhuis van het Zwitserse Neuchâtel staat een nieuw type klok die is uitgerust met een innovatief veersysteem. Het gaat om een vinding van de École Polytechnique Fédérale de Lausanne EPFL. Is het einde van het getik van de mechanische klok nabij?

De klok beschikt over een bewegingsmechanisme dat gebruik maakt van een tweedimensionaal systeem met bladveren.  Deze zogeheten IsoSpring vervangt de traditionele slinger van een klok en de balansveer in een horloge. De eerste klok die met deze IsoSpring werkt staat nu in het stadhuis van Neuchâtel, aldus een bericht van EPFL.

In klokken en horloges leveren zowel de slinger als de balansveer de vaste periodieke beweging waarmee de klok de tijd kan aangeven. Slinger en balansveer bedienen de zogeheten ankergang (echappement). Zonder die ankergang zou de klok blijven ronddraaien onder invloed van zijn gewichten of opwindveer. De ankergang zorgt ervoor dat de energie van die gewichten of opwindveer heel geleidelijk en met een vaste periode wordt vrijgegeven aan de tandraderen.

Klokgetik

Die ankergang heeft echter ook een nadeel. De tandraderen staan erdoor een flink deel van de tijd stil. Het anker geeft de beweging van de tandraderen slechts korte tijd vrij, om die vervolgens weer te blokkeren. Deze werking is herkenbaar aan het getik van het uurwerk. Het energieverlies dat hiermee gepaard gaat zorgt ervoor dat het mechanische rendement van dit type uurwerk nooit hoger kan zijn dan zo’n 35%.

Een ander nadeel van dit mechanisme is dat de periodiciteit van de beweging in zekere - weliswaar geringe - mate afhankelijk is van de energie waarmee de beweging in gang wordt gehouden. Als de opwindveer van de klok bijna aan zijn eind is en minder energie aan het uurwerk levert, is dat te merken aan de tijdnauwkeurigheid van de klok.

Hogere efficiency

De onderzoekers van EPFL hebben nu gezocht naar een mechanisme dat een veel hogere efficiëncy heeft  door de periodieke trillingsbeweging zo direct mogelijk om te zetten in de draaibeweging van de raderen van het uurwerk, dus zonder tussenkomst van een ankergang. Bovendien wilden ze dat die periodieke beweging onafhankelijk van de energie van de opwindwindveer constant blijft.

Tweedimensionaal veersysteem

 

Het resultaat is een periodiek rondbewegend vlak dat via een tweedimensionaal systeem van bladveren verbonden is met een vast huis. De periodiciteit van de beweging wordt bepaald door de massa van het systeem en de stijfheid van de bladveren. Belangrijk is dat die periodiciteit onafhankelijk is van de energie die in dit systeem wordt gestopt. Dit betekent dat er sprake is van een volkomen isochrone oscillator, vandaar de naam IsoSpring voor het nieuw type balansveersysteem.

Directe overbrenging

 

De periodieke beweging van het vlak wordt met een eenvoudig mechanisme direct overgebracht op de centrale as van het uurwerk, zonder tussenkomst van de ankergang: de centrale as beweegt direct mee met de periodieke draaiing van het veersysteem. Deze klok produceert dan ook niet meer het bekende getik.

Het idee van de IsoSpring was al in 2014 door onderzoekers in Lausanne bedacht, maar pas recent is het gelukt dat praktisch om te zetten in een werkende klok. Deze staat nu in het stadhuis van het nabijgelegen Neuchâtel, dat geldt als een van de innovatieve centra van Zwitserse uurwerken.

Verdere concrete toepassingen liggen nog niet in het verschiet. Er zal nog heel veel moeten gebeuren aan miniaturisering, produceerbaarheid, temperatuuronafhankelijkheid en dergelijke voordat er een polshorloge is dat beschikt over een IsoSpring, aldus de onderzoekers. De belofte is een klok die veel minder energie gebruikt en nauwkeuriger zal lopen dan de bestaande mechanische uitvoeringen.