Alles wat je moet weten over horlogeveren: functie, oorsprong en materialen

De spiraal is een belangrijk onderdeel van een mechanisch uurwerk. In combinatie met de balans dient de spiraal als regelorgaan. Hij fungeert als veer voor de balans en zorgt ervoor dat de balans bij elke slingerbeweging terugkeert naar het uitgangspunt. Met andere woorden, de spiraal dient om de maat aan te geven. Om het wat gedetailleerder te beschrijven: de spiraal wordt samengedrukt om de uitgezonden kracht in evenwicht te brengen, en ontspant zich vervolgens om de balans terug naar het beginpunt te brengen. Hierdoor zorgt hij ervoor dat het automatische horloge een echte precisie heeft. De spiraal vormt samen met de balans het zogenaamde resonator van het mechanische horloge, dat verantwoordelijk is voor het zo stabiel mogelijk vaststellen van een oscillatiefrequentie.

• Fysiek gezien is de spiraal een kleine veer die in het horizontale vlak spiraalvormig is gewikkeld, vandaar de naam. De spiraal is uiterst dun; om u een idee te geven: hij is dunner dan een haar, met een dikte van minder dan 0,03 mm en een gewicht van minder dan 2 mg. De spiraal is vaak van staal, maar sommige horloges zijn uitgerust met een spiraal van silicium. De spiraal is een essentieel onderdeel van het horloge en een van de meest gecompliceerde om te ontwerpen vanwege zijn dunheid, kwetsbaarheid en lengte.
• Eenmaal gekoppeld aan een balanswiel draait de spiraal in de ene richting en vervolgens in de andere, dat wil zeggen dat hij rond zijn evenwichtspositie oscilleert. Als de spiraal dit regelmatig doet, ontstaat er een terugkerend fenomeen dat de basis vormt voor de tijdmeting, die door de tandwielen wordt omgezet in seconden, minuten of uren. De spiraal ontvangt de energie die in het horloge wordt geproduceerd en kalibreert deze, zodat deze energie wordt omgezet in informatie.

De oorsprong van de horlogespiraal

De spiraal werd al in de oudheid uitgevonden. Deze veervorm werd bijvoorbeeld gebruikt voor de sluiting van fibulae, de voorlopers van veiligheidsspelden. We vinden hem ook terug in middeleeuwse sloten en later in de mechanismen van horloges met spiraalveer.

Het gebruik ervan als regulator in horloges dateert uit de 17e eeuw. Drie mannen, waaronder twee gerenommeerde wetenschappers, strijden om de eerste toepassing: de abt van Hautefeuille, Christian Huygens en Robert Hooke. Rond 1675 vindt de Nederlandse natuurkundige, wiskundige en astronoom Christian Huygens het gebruik uit van een spiraalvormige veer in combinatie met een vliegwiel om horloges te reguleren. Huygens stelt zijn eerste horloge met spiraalveer voor in het "Journal des Savans" en vertrouwt de vervaardiging ervan toe aan Isaac Thuret, een van de beste horlogemakers van Parijs. Wanneer hij zijn uitvinding echter bij het parlement wil laten registreren, verzet abt Hautefeuille zich hiertegen met de uitleg dat hij er al eerder aan had gedacht. De Engelsman Robert Hooke, eveneens astronoom en wiskundige, deed op zijn beurt een identiek voorstel voor het gebruik van de spiraalveer als uurwerkregelaar. Hij ging toen de strijd aan met Huygens om het auteurschap van deze uitvinding te verdedigen.

Een uurwerkveer die tot discussie leidt: een spiraal van metaal of een spiraal van silicium?

De spiraal is een complex onderdeel, moeilijk te vervaardigen, en slechts weinig bedrijven maken ze. Om goed te functioneren, moet de spiraal zijn vorm behouden. Echter, met het aanhoudende ritme van de trillingen waaraan hij wordt blootgesteld, is het niet eenvoudig om steeds weer dezelfde vorm terug te vinden. Zoals eerder vermeld, bestaat de spiraal uit metaal. Dit materiaal is echter gevoelig voor magnetisme en temperatuurschommelingen, waardoor de vorm van de spiraal verandert. Warmte zorgt er namelijk voor dat het metaal uitzet en koude dat het krimpt. Om ervoor te zorgen dat de spiraal zijn oorspronkelijke vorm behoudt en met dezelfde frequentie kan trillen, moet hij bestand zijn tegen oxidatie, magnetisme en temperatuurschommelingen. Dit vereist dat de spiraal elastisch en soepel is, zodat hij kan vervormen en weer zijn oorspronkelijke vorm kan aannemen. Wanneer hij zijn vorm niet kan terugkrijgen, bewerken de horlogemakers het metaal van dit onderdeel en snijden ze het bij om het zijn oorspronkelijke vorm terug te geven.

Om dit probleem op te lossen, wordt het metaal van de spiraal na verloop van tijd vervangen door silicium, een essentieel bestanddeel van glas dat ook in zand voorkomt. De siliciumspiraal heeft als eigenschap dat hij altijd zijn vorm behoudt. In tegenstelling tot een metalen spiraal wordt de siliciumspiraal vanaf het begin in de juiste vorm gegoten en vervaardigd. Het metaal kan namelijk worden bewerkt en gesneden om de vorm van de spiraal aan te passen, maar silicium kan niet worden bewerkt omdat het breekt. Een siliciumspiraal is minder gevoelig voor warmte en daardoor nauwkeuriger, en wordt niet gemagnetiseerd. De siliciumspiraal werd in 2001 voor het eerst in de horlogemakerij gebruikt; hiervoor werkte horlogemaker Ludwig Oechslin samen met het merk Ulysse Nardin. Het onderzoek had middelen nodig en drie bedrijven besloten het te financieren: Patek Philippe, de Swatch Group en Rolex. Een patent op het gebruik van de siliciumspiraal en de resultaten werden door deze groepen aangevraagd. Zij waren de enigen die het recht hadden om deze te exploiteren. Deze siliciumpatenten zullen in 2022 in het publieke domein vallen. In de komende jaren zullen we dus getuige zijn van de popularisering van de siliciumspiraal in mechanische horloges.

De horlogewereld evolueert door de jaren heen en dankzij technologische vooruitgang. De Spiral is een voorbeeld dat eens te meer aantoont hoezeer vooruitgang mogelijk blijft door vakmanschap, traditie en techniek te combineren, wat soms tot discussie leidt, met name op het snijvlak van de uurwerkindustrie en nieuwe technologieën.