thumb|right|250px|Resorte motor espiral 250px|thumb|Tambor del muelle de un resorte (barrilete)
El resorte motor o resorte principal es un muelle espiral que permite almacenar energía cuando se enrolla, devolviéndola cuando se expande. En general se trata de una banda metálica de acero templado enrollada sobre un tambor o un eje. La energía almacenada se transmite a través de un conjunto de engranajes.
En algunas aplicaciones, el sistema está controlado por un regulador centrífugo, en otros por un regulador de láminas (la fricción del aire con las láminas impide el aumento de velocidad), o mediante un escape.
Normalmente, el resorte se recarga mediante una ruedacilla (la corona de un reloj) o mediante una llave extraíble (relojes, juguetes).
Historia Los resortes motores aparecieron en los primeros relojes accionados por muelles en la Europa del . Reemplazó al peso que se colgaba de un cable enrollado alrededor de una polea, que era la fuente de energía utilizada en todos los relojes mecánicos anteriores. Alrededor de 1400 comenzaron a usarse resortes helicoidales en cerraduras,, p.126-127 y muchos de los primeros relojeros también eran cerrajeros. Los resortes que se aplicaron a los relojes para hacerlos transportables y más pequeños que los relojes anteriores impulsados por pesas, evolucionando hacia los primeros relojes de bolsillo en 1600. Muchas fuentes atribuye erróneamente la invención del resorte motor al relojero de Núremberg Peter Henlein (también escrito Henle o Hele) alrededor de 1511., p.121, p.440 Sin embargo, existen numerosas referencias en fuentes del a relojes portátiles 'sin pesas', y al menos dos ejemplos que se conservan, muestran que los relojes accionados por resorte existían en los primeros años de aquel siglo., p.305, p.121 El reloj más antiguo que se conserva impulsado por un resorte es el Burgunderuhr (Reloj de Borgoña), un reloj de cámara dorado profusamente decorado, actualmente conservado en el Museo Nacional Germano de Núremberg, cuya iconografía sugiere que se construyó alrededor de 1430 para Felipe III de Borgoña.
Los primeros resortes motores se fabricaron en acero sin procesos de templado o endurecimiento. No almaceban mucha energía, y había que enrollarlos dos veces al día. Henlein se destacó por fabricar relojes que funcionaban 40 horas entre recargas. Berthoud y Blakey describió los métodos de fabricación de resortes motores utilizados en el .
Fuerza constante de un resorte
Un problema en la historia de los relojes accionados por resorte es que la fuerza (par motor) proporcionada por un resorte no es constante, sino que disminuye a medida que el resorte se desenrolla (véase el gráfico). Sin embargo, los relojes tienen que funcionar a una velocidad constante para mantener la hora exacta. Los mecanismos de cronometraje nunca son perfectamente isócronos, lo que significa que su velocidad se ve afectada por los cambios en la fuerza motriz. Esto fue especialmente cierto en el tipo primitivo foliot utilizado antes de la llegada del resorte regulador en 1657. Por lo tanto, los primeros relojes se ralentizaban durante su período de funcionamiento a medida que el resorte principal se agotaba, lo que provocaba un cronometraje inexacto.
Dos soluciones a este problema aparecieron en los primeros relojes de resorte del ; el stackfreed y el caracol:
Stackfreed
El "stackfreed" era una leva excéntrica montada en el eje del resorte principal, con un rodillo cargado por un resorte que presionaba contra él. La leva tenía forma de caracola" de modo que al principio del período de funcionamiento (cuando el resorte principal empujaba con fuerza), el resorte se apoyaba contra la parte ancha de la leva, proporcionando una fuerte fuerza opuesta, mientras que más adelante (en el período de funcionamiento en el que la fuerza del muelle motor disminuía), el resorte se apoyaba contra la parte más estrecha de la leva y la fuerza opuesta al estiramiento del muelle también disminuía. El "stackfreed" añadía mucha fricción al mecanismo, reduciendo sustancialmente el tiempo de funcionamiento de un reloj. Solo se utilizó en algunos relojes alemanes y se abandonó después de aproximadamente un siglo.
Caracol
El caracol fue una innovación mucho más duradera. Se trataba de una polea en forma de cono que giraba con una cadena envuelta alrededor del cilindro del resorte motor. Su forma curva cambiaba continuamente la velocidad de transmisión para igualar la fuerza del muelle muelle motor a medida que se desenrollaba. Los caracoles se convirtieron en el método estándar para obtener un par constante de un resorte motor. Se utilizaron en la mayoría de los relojes accionados por resorte desde su primera aparición hasta el , cuando apareció el barrilete, y en los cronómetros marinos hasta la década de 1970.
Tope Otro dispositivo temprano que ayudó a equilibrar la fuerza del resorte fue el "tope" o "tope de enrollamiento", que impedía que el resorte se enrollara por completo y evitaba que se desenrollara por completo. La idea era utilizar solo la parte central de la curva de par del resorte, donde su fuerza era más constante. La forma más común fue la rueda de Ginebra o 'cruz de Malta'. El tope no es necesario en los relojes modernos.
Remontoire
Un cuarto dispositivo utilizado en algunos relojes de precisión fue el remontuar (del francés "remontoire", dar cuerda), un pequeño resorte o peso secundario que accionaba el mecanismo de escape del reloj, y el resorte real lo rebobinaba periódicamente. Esto permitió aislar el elemento de cronometraje de la fuerza variable del resorte principal. Para evitar que se detenga un reloj mientras se le da cuerda, se utiliza un sistema denominado mantenimiento de marcha.
Barrilete El moderno barrilete, inventado en 1760 por Jean-Antoine Lépine, produce una fuerza constante simplemente usando un resorte principal más largo de lo necesario y enroscándolo bajo tensión en un barrilete. En funcionamiento, solo se utilizan unas pocas vueltas del resorte, con el resto presionado contra la pared exterior de la caja del barrilete. Matemáticamente, la tensión crea una sección 'plana' en la 'curva de torsión' del resorte (véase el gráfico) y solo se usa esta sección plana. Además, el extremo exterior del resorte suele tener una curva 'inversa', por lo que tiene forma de 'S'. Esto permite almacenar más tensión en los giros exteriores del resorte, donde está disponible hacia el final del período de funcionamiento. El resultado es que el barrilete proporciona un par motor aproximadamente constante durante el período de funcionamiento diseñado del reloj, de forma que no disminuye hasta que la tensión del muelle casi se ha agotado.
Motores de cuerda de gramófonos Esquemas del motor de cuerda de un gramófono. A la izquierda de la consola puede verse el mecanismo regulador de velocidad, muy similar a un regulador centrífugo de Watt
Aunque ya se habían utilizado en cajas de música, el desarrollo de los primeros gramófonos accionados por motores de cuerda, impulsó el desarrollo de dispositivos con capacidad para almacenar algunos minutos de marcha para su uso en máquinas de considerable tamaño, con la exigencia añadida de mantener una velocidad de giro uniforme a lo largo de todo su período de funcionamiento. El perfeccionamiento de los motores de cuerda de los gramófonos se debió al ingeniero estadounidense Eldridge R. Johnson, que a partir de 1894 se dedicó a resolver los problemas mencionados, iniciando la popularización de las máquinas reproductoras de discos, mucho antes de que se generalizara la utilización de los motores eléctricos en los modernos tocadiscos.Gelatt, Roland. The Fabulous Phonograph 1877-1977. Macmillan, 1977.
El sistema motor de los primeros gramófonos totalmente mecánicos ideados por Johnson para su compañía, la Victor Talking Machine Company, sería imitado por sus competidores, como en el caso de los fonógrafos diseñados por Edison. Todas estas máquinas disponían de un gran barrilete con un fleje arrollado de un acero de considerable dureza en su interior, que se tensaba mediante una manivela (situada para ser manejada con la mano derecha). Estaba equipado además con un trinquete, con el fin de evitar que el muelle se destensara de golpe a medida que se enrollaba. Este barrilete impulsaba un juego de engranajes multiplicador, calculado para obtener una velocidad del giradiscos como mínimo de 78 rpm (la velocidad de giro más común de los primeros gramófonos, aunque las máquinas de Edison funcionaban a 80 rpm). La configuración básica se completaba con un regulador de velocidad centrífugo, que mediante un sistema de contrapesos, frenaba automáticamente el giradiscos cuando rotaba a una velocidad superior a la de diseño. Para ello, se utilizaba un disco solidario con los contrapesos, que al desplazarse se comprimía contra unas zapatas de fieltro o de cuero. Para el ajuste fino de la velocidad, los gramófonos solían disponer de un mando regulable, que permitía controlar la separación entre el disco de frenado y las zapatas.
Diseño moderno
Un muelle de reloj moderno es una tira larga de acero endurecido y pavonado, o de una aleación de acero especiali, de 20 a 30 cm de largo y 0,05 a 0,2 mm de espesor. El muelle real en el movimiento común de 1 día se calcula para permitir que el reloj funcione durante 36 a 40 horas, es decir, 24 horas entre las vueltas diarias con una reserva de marcha de 12 a 16 horas, en caso de que el propietario dé cuerda tarde al reloj. Este es el estándar normal para los relojes de cuerda manual y los automáticos. Los movimientos de 8 días, utilizados en relojes con reserva de cuerda semanal, proporcionan energía durante al menos 192 horas, pero utilizan resortes principales más largos y barriletes más grandes. Son similares a los resortes de los relojes de pulsera, solo que más grandes.
Desde 1945, el acero al carbono ha sido reemplazado cada vez más por nuevas aleaciones especiales (hierro, níquel y cromo con la adición de cobalto, molibdeno o berilio), normalmente sometidas a laminación para obtener su endurecimiento estructural. Conocidos por los relojeros como resortes de 'metal blanco' (a diferencia del acero al carbono azulado), son metales inoxidables y tienen un límite de fluencia más alto. Están menos sujetos a flexiones permanentes (por fatiga del material) y apenas existe riesgo de que se rompan. Algunos de ellos también son antimagnéticos.
En su forma relajada, los resortes principales se fabrican en tres formas distintas: Espiral enrollada: se enrollan en la misma dirección en toda su longitud, formando una espiral simple. Semi-reverso: el extremo exterior del resorte se enrolla en la dirección inversa durante menos de una vuelta (menos de 360°). Reverso (flexible): el extremo exterior del resorte se enrolla en la dirección inversa durante una o más vueltas (más de 360°).
Los tipos semireverso y reverso proporcionan fuerza adicional al final del período de funcionamiento, cuando el resorte está casi sin energía, para mantener el reloj funcionando a una velocidad constante hasta el final.
Funcionamiento
El resorte motor está enrollado alrededor de un eje llamado cenador, con el extremo interior enganchado a él. En muchos relojes, el extremo exterior está unido a un pivote fijo. El resorte se enrolla girando el eje, y después de darle cuerda, hace girar el eje en sentido contrario para hacer funcionar el reloj. La desventaja de esta disposición de "resorte abierto" es que mientras se da cuerda al resorte, su fuerza de accionamiento se elimina del movimiento del reloj, por lo que el reloj puede detenerse. Este tipo se utiliza a menudo en despertadores, cajas de música y temporizadores de cocina, donde no importa si el mecanismo se detiene mientras se enrolla. El mecanismo de cuerda siempre tiene un trinquete adjunto para evitar que el resorte se desenrolle.