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Innovation horlogère : Le réducteur cycloïdal

2 avril 2012

L’idée d’intégrer le réducteur cycloïdal dans les mouvements horlogers fait son chemin. Dévoilée en 2011, elle trouvait une première application dans l’affichage de l’heure et de la minute. Cette année, elle trouve deux prolongements: l’affichage de la seconde et, surtout, un nouveau système de remontage automatique de la montre mécanique. Le gain de place et de rendement qu’elle procure ouvre de nouveaux espaces d’exploration aux concepteurs horlogers.

L’an dernier, le professeur Christian Robert et ses étudiants de la Haute Ecole Arc Ingénierie avaient présenté un projet intitulé «Complication horlogère Cyclo». Cette étude consistait à intégrer un réalisée et une animation présentée. Cette innovation horlogère avait rencontré un large écho dans la presse spécialisée.
Cette année, dans le cadre de son cours de conception microtechnique, Christian Robert a proposé à ses étudiants deux nouveaux projets d’intégration du réducteur cycloïdal dans des mouvements horlogers.
Le but principal était de remplacer une partie des roues et pignons des engrenages par un réducteur cycloïdal. Ces projets ont été abordés en partant d’une étude sur un calibre horloger et validés par la réalisation d’une maquette, dont les différentes pièces en plexiglas ont été découpées au moyen d’une machine laser.

Mécanisme inédit

L’un des projets a permis de concevoir un système de remontage automatique d’une montre mécanique grâce à un réducteur cycloïdal. Il ne s’agit donc pas de l’adaptation technologique d’un calibre existant, mais bien du développement d’un mécanisme nouveau et indépendant.
Le principe consiste à modifier le rouage de remontage automatique d’une montre mécanique en réduisant la fréquence de rotation de la masse oscillante pour armer le barillet. Dans notre cas, la masse oscillante fait environ 140 tours pour un tour de rochet. La masse oscillante ne tourne librement que dans un sens; lorsqu’elle change de sens, elle entraîne le réducteur cycloïdal. 
Dans le cas d’un remontage manuel, le barillet peut également être remonté par la couronne de la montre. La rotation du rochet ne doit alors pas entraîner le réducteur cycloïdal, afin d’éviter une rotation trop rapide de celui-ci, ce qui lui causerait une usure prématurée. Pour parer à ce problème, le module comporte un système de débrayage; un mobile sans axe tient sur un tenon en forme d’olive.

Gain de place et de rendement

Pour ce projet, une équipe de trois étudiants a mené deux études en parallèle: la conception basée sur les dimensions d’un calibre ETA 2892 et la réalisation d’une maquette à l’échelle 20:1. 
C’est un travail conséquent que les étudiants ont mené à terme. La réalisation d’une maquette permet une meilleure visualisation du mécanisme; son design est particulièrement réussi et permet la compréhension du fonctionnement du mécanisme.

Au final, l’utilisation d’un réducteur cycloïdal permet, grâce à son grand facteur de réduction, de minimiser au maximum le nombre de roues et pignons dans le rouage automatique. On obtient ainsi, d’une part, un gain de place – le nombre de rouages est passé de sept à trois – et, d’autre part, une augmentation du rendement de près de 20% entre la masse oscillante et le rochet.

CYCLOIDAL REDUCER INTO AUTOMATIC WINDING

The idea of integrating the cycloidal reducer in watch movements is working its way up. Reveiled in 2011 it found its first application in the hour and minute display. This year it gets two extensions: the seconds display and, above all, a new automatic winding system for the mechanical watch. The obtained place and output gain opens new research possibilities for the watch designers.

Last year, the HE-Arc ingénierie professor Christian Robert and his students presented a project entitled “Cyclo watch complication” (“Complication horlogère Cyclo”). This study consisted in the integration of a cycloidal reducer. This watch innovation met a big echo in the specialised press.
This year, in his microtechnical conception course, Christian Robert has proposed his students two new projects where they must introduce the cycloidal reducer in watch movements.
The main objective is to replace one part of the gear wheels and pinions by a cycloidal reducer. These projects have been approached first by studying a clock-gauge and then validated by the construction of a model, whose different plexiglas parts have been cut with a laser machine.

Novelty Mechanism

One of the projects has enabled the conception of an automatic winding system for a mechanical watch thanks to a cycloidal reducer. It has nothing to do with the technological adaptation of an existing gauge, it is in fact the development of a new mechanism. The principle consists in modifying the automatic winding train of a mechanical watch by reducing the oscillating weight rotation frequency to wind the barrel. In this case, the oscillating rotor makes about 140 turns for a ratchet turn. The oscillating weight turns freely in one direction; when it changes direction, it pushes the cycloidal reducer. 
In a manual winding the barrel can also be wound by the watch crown. Then the ratchet rotation will not push the cycloidal reducer so as to prevent it from rotating too quickly, which would provoke a premature wear. To avoid this problem, the modul contains a disconnecting gear: an axleless mobile which holds on a olive-shaped peg.

Place and Output Gain

For this project a three students team has led two joint studies: the conception based on the dimensions of an ETA 2892 gauge and the 20:1-scale model implementation. 
The students have brought to completion this hard work. Thanks to the implemented model, we can better visualise the mechanism; its design is a very good achievement.

Finally, the use of a cycloidal reducer fully minimises the number of wheels and pinions in the automatic winding thanks to its big reduction ratio. Thus, we get a place gain, on the one hand, – the wheels number has gone down from seven to three – and, on the other hand, an increased output of 20% between the oscillating rotor and the ratchet.

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