Tecnología a simple vista: puertas de automóviles

Hay muchas frases comunes que ya no significan lo que solían ser. Por ejemplo, es posible que haya utilizado el término "encender las luces". ¿Qué estás convirtiendo en realidad? ¿De donde viene esto? Las viejas luces de gas tenían una válvula que girabas físicamente, y la frase simplemente se mantuvo. Los niños de los 90 no tienen idea de por qué "marcan" un número de teléfono. ¿Qué hay de "subir la ventanilla del coche"? No es frecuente encontrar puertas de automóviles anticuadas con cerraduras manuales o una manivela para subir la ventana. En estos días todo es electrónico. Pero, ¿alguna vez te has preguntado qué está pasando ahí dentro?

Echemos un vistazo a las puertas de los automóviles, cómo lo mantienen seguro y cómo esa hoja de vidrio se desliza en su lugar, sellando contra el viento, la lluvia y el ruido. Por supuesto, hay puertas de automóviles elegantes como puertas suicidas o puertas de ala de gaviota sexys pero poco prácticas. Al menos un prototipo incluso tiene una puerta que desaparece debajo del vehículo cuando se abre; mira el video a continuación. Pero incluso las puertas para jardín son maravillas de la ingeniería mecánica. Una estructura compacta que es segura y, sobre todo, fiable. Veamos cómo lo hacen.

Cuando lo piensas, muchas cosas que construimos convierten algo en otra cosa. Energía al movimiento, por ejemplo. O un tipo de movimiento a otro. Los mecanismos de las puertas de los automóviles no son una excepción. Por supuesto, los actuadores de cerradura y los actuadores de ventana convierten un comando eléctrico en algún tipo de movimiento físico. Pero también existe el problema de conseguir el movimiento físico adecuado en un espacio reducido.

Una de las cosas interesantes de la mayoría de las puertas de los automóviles es que las cerraduras deben ser seguras, pero ofrecen muchas formas de abrirlas. El control electrónico por sí solo no suele ser suficiente: a menudo hay una forma de desbloquear el automóvil manualmente. Y ciertamente debe poder operar la puerta desde adentro, incluso sin electricidad, para evitar que los ocupantes queden atrapados. Algunos autos, como el Boxter o algunos Lotus, no tienen una forma obvia de desbloquear el auto sin energía. Estos automóviles suelen tener una cerradura de emergencia oculta o un conjunto de terminales ocultos que le permiten encender temporalmente el sistema para desbloquear el vehículo.

El motor que controla las cerraduras eléctricas en un automóvil se conoce como actuador. Puede obtener actuadores universales que se pueden hacer para adaptarse a la mayoría de los automóviles, incluso a aquellos que normalmente no tienen cerraduras eléctricas. Debido a que el pestillo de la puerta debe funcionar desde múltiples fuentes, el actuador generalmente impulsa una varilla, y esa varilla a menudo aparece cerca de la ventana para que también pueda operarla manualmente. La varilla activa y desactiva el mecanismo de cierre, y cuando se desactiva no puede abrir la puerta. De hecho, a menudo, si la varilla está desenganchada y el pestillo está cerrado, no podrá cerrar la puerta si está abierta.

Un actuador típico es un motor eléctrico simple que gira. Por supuesto, necesitamos un movimiento diferente, por lo que los engranajes no solo reducen la velocidad del motor y aumentan el par, sino que un engranaje de piñón y cremallera convierte la rotación en un movimiento lineal. Debido a que generalmente no desea que el motor y el ocupante luchen por el control, a menudo hay un embrague que no transmite el movimiento manual al motor. El motor solo funciona momentáneamente. Algunos autos tienen retroalimentación y lo intentarán varias veces si algo sale mal.

Los automóviles más antiguos usaban bombas de vacío para aspirar o soplar aire para operar las puertas porque los motores eléctricos eran ruidosos y propensos a fallar. Mercedes, por ejemplo, usó cerraduras de puertas accionadas por aire hasta alrededor de 2003.

Windows es un poco más fácil porque normalmente no necesita control manual. Sin embargo, hay algunas preocupaciones especiales. Por ejemplo, ¿alguna vez ha notado que su ventana se mantiene perfectamente nivelada? Además, debería ser casi imposible forzar la ventana hacia abajo por razones de seguridad. Esto a menudo se maneja mediante el uso de un engranaje helicoidal. Debido al ángulo de contacto entre el engranaje helicoidal y el engranaje recto, el engranaje helicoidal puede girar el recto, pero no al revés debido a la fricción entre los dientes del engranaje.

Dado que la ventana tiene que subir y bajar, hay un cableado similar a un puente en H que puede hacer funcionar el motor en cualquier dirección. Para un automóvil con un controlador sofisticado, probablemente use un puente H y los botones de las ventanas son solo entradas para la computadora. Pero los automóviles básicos pueden simplemente tener un cableado que permita al conductor o al pasajero girar el motor de la ventana en cualquier dirección.

Los autos muy antiguos en realidad usaban sistemas hidráulicos para operar las ventanas. Esto tenía la ventaja de permitir que la ventanilla bajara sin energía, pero sí necesitaba energía para operar la bomba para subirla nuevamente. Sin embargo, los ascensores hidráulicos cayeron en desgracia hace mucho tiempo a favor de los motores eléctricos.

La parte mecánica real puede tener varias configuraciones diferentes. Con accionamiento directo, habrá un mecanismo tipo tijera o un solo brazo con dientes. Ambas configuraciones a menudo usan un resorte para mantener la tensión.

Muchos automóviles modernos usan un cable de acero delgado en un carrete. Al extender el cable o levantarlo, un rodillo a lo largo de la parte inferior de la ventana puede moverse hacia arriba o hacia abajo. Una cinta de plástico gruesa con orificios para ruedas dentadas cumple una función similar en algunos sistemas. En conjunto, estos se conocen como un regulador. Al igual que las cerraduras eléctricas, puede encontrar reguladores universales que repararán cualquier sistema de ventanas eléctricas o agregarán ventanas eléctricas donde antes no tenía ninguna. Sin embargo, como es de esperar, estos son más complicados y costosos que las cerraduras de puertas comparativamente simples.

Esta es una de esas cosas en las que probablemente usa la puerta de su automóvil cientos de veces al año, pero no piensa mucho en lo que hay allí hasta que se rompe. Pero incluso si nunca necesita reparar una puerta, considere esto: los actuadores universales de bloqueo eléctrico son excelentes actuadores lineales para todo tipo de proyectos. Si está haciendo uno único, es posible que incluso pueda recolectar uno de un depósito de chatarra casi gratis. Incluso si los compras nuevos, puedes encontrarlos por $5 o $10 en línea.

Los mecanismos de las ventanas eléctricas cuestan más. Si bien también hay ventanas universales disponibles, es probable que sea más difícil encontrarles un uso, a menos que realmente necesite algo que se levante y baje como la ventana de un automóvil. Si haces un proyecto con alguno de estos, no olvides hacérnoslo saber para que podamos compartirlo con todos.

Por supuesto, estas piezas de automóviles son bastante robustas. Si necesitas algo más modesto, tienes opciones. Incluso puedes convertir un servo.

[Imagen del encabezado: "Lados de la puerta del automóvil" por David Rosen, CC BY 2.0. Imagen en miniatura: "Muscle Car Door 47" por Steve Snodgrass, CC BY 2.0.]