Zíper: mova o cursor e veja os dentes se encaixarem

O que o modelo mostra

Neste simulador de zíper você puxa o cursor, muda o tipo de zíper e observa os dentes se travarem e se soltarem. O cursor de um zíper reúne duas fileiras desencontradas de dentes num canal que se estreita, de modo que suas cabeças se encaixam. Movido no sentido contrário, ele separa as fileiras em torno do divisor que há em seu interior. Os dentes se seguram uns aos outros, sem mola nem trava móvel em cada dente.

Puxe o puxador de uma jaqueta e duas bordas soltas viram uma só faixa em menos de um segundo. Empurre de volta e elas se separam de novo. Nada dentro do cursor gira, estala ou funciona como mola. Então, como ele sabe se deve travar ou destravar os dentes?

O modelo é um zíper de metal ampliado dez vezes, de modo que um milímetro do zíper real é um centímetro na tela. Tem 26 dentes de latão em cada uma de duas fitas de tecido, um cursor com puxador, dois batentes superiores e um batente inferior. Você pode arrastar o próprio cursor para cima e para baixo na corrente, com o mouse ou com o dedo, ou usar o controle "Cursor". O painel conta quantos dos 52 dentes estão travados naquele instante. O controle "Velocidade" deixa tudo mais lento, e "Ver o interior" torna o corpo do cursor transparente para que você veja os dentes passando por dentro dele.

"Cursor gasto" alarga a extremidade estreita do cursor por uma fração de milímetro, que é o que anos de uso fazem num cursor barato, e você pode ver o que acontece com os dentes que saem dele. Outros controles fazem o zíper falhar de outras maneiras: puxar em ângulo, tirar um dente, afastar os lados com e sem trava. "Corte do cursor" abre o cursor ao meio no nível dos dentes, e "Dentes de perto" mostra três dentes ainda maiores, se encontrando em câmera lenta.

A mesma corrente pode ser trocada por outros seis zíperes (espiral, plástico moldado, invisível, impermeável, dois cursores e separável), redimensionada do nº 3 ao nº 10 e costurada numa jaqueta, numa bolsa, na porta de uma barraca, num traje espacial ou num jeans. Abaixo dos controles há um laboratório com cinco tarefas, uma tabela de tamanhos e uma lista de 57 zíperes da história e do uso, cada um com sua fonte.

Duas fileiras de copos

Olhe de perto um único dente de um zíper aberto. Ele está preso à borda grossa, com cordão, da fita, e sua extremidade livre, a cabeça, é prensada num pequeno copo. Numa face da cabeça o copo se projeta como uma saliência. Na outra face o mesmo copo deixa um rebaixo. A patente de Gideon Sundback, de 1917, descreve os dentes exatamente nesses termos: "partes de travamento salientes em forma de copo alongado, de modo que o exterior de um elemento se aloja no rebaixo de um elemento vizinho quando estão travados."

Essa frase explica quase todo o zíper. Os dentes das duas fitas são desencontrados, de modo que, com o zíper fechado, as cabeças se alternam ao longo da linha central: esquerda, direita, esquerda, direita. Cada cabeça avança além do centro, até o vão entre duas cabeças do outro lado, e sua saliência fica no rebaixo da vizinha. O resultado é uma única coluna de copos encaixados uns nos outros, e cada dente da coluna é retido pelos que estão dos dois lados dele.

Puxar as fitas para os lados não as separa, porque as saliências teriam de sair direto dos rebaixos, e os dentes vizinhos estão no caminho. Puxar no sentido do comprimento do zíper também não as separa, já que os copos também estão travados entre si nessa direção. A patente faz outra observação fácil de passar despercebida: todos os dentes são iguais. Como são desencontrados, a mesma peça serve nas duas fitas, o que tornava barato estampá-los aos milhões.

O canal em Y fecha o zíper

Se os copos só se separam quando uma saliência sai do seu rebaixo, algo precisa tirá-la de lá. Esse é o trabalho do cursor. Dentro dele há um canal em forma de Y. Os dois braços do Y recebem uma fileira de dentes cada um, e a haste do Y tem apenas a largura necessária para a corrente fechada.

Acompanhe um par de dentes com "Ver o interior" ativado e a "Velocidade" reduzida. Quando o cursor sobe, cada fileira desce pelo seu braço e precisa se curvar para entrar na haste. No modelo, a curva abre a fileira como um leque: os dentes continuam presos bem juntos na borda da fita, mas suas cabeças se afastam, e o ângulo entre dentes vizinhos da mesma fita abre um vão. Uma cabeça da outra fileira desliza para dentro desse vão, em diagonal. Quando chega à haste, a fileira já se endireitou, o vão se fechou de novo e a saliência está alojada no rebaixo da vizinha.

As reivindicações de Sundback descrevem as superfícies de guia que fazem isso funcionar. Cada projeção tem uma extremidade inclinada "contínua com o lado rebaixado do elemento, para engatar e guiar o elemento cooperante sobre ele e para dentro do encaixe". Em outras palavras, uma cabeça que chega um pouco fora de alinhamento é conduzida ao lugar pela inclinação do dente seguinte.

A cunha volta a abrir

Puxe o cursor no outro sentido e agora a haste encontra primeiro a corrente fechada. Na extremidade larga do cursor, entre os dois braços, há uma coluna maciça de ponta arredondada. Ela costuma ser chamada de diamante, e a patente a descreve como uma tampa "com uma ponta que se encaixa entre os canais divergentes". Aqui ela é chamada de cunha.

À medida que o cursor desce, os braços puxam as duas fileiras para fora e as curvam de novo, de modo que os vãos entre as cabeças se abrem e cada saliência pode sair do seu rebaixo. A cunha ocupa o espaço que se abre entre as fileiras e mantém as cabeças afastadas. Ela nunca precisa forçar sozinha a abertura de um par travado: quando um par chega à ponta da cunha, a curvatura já o liberou. No modelo isso aparece melhor na velocidade mais baixa, olhando direto de cima através do cursor transparente.

Essa é toda a resposta à pergunta do início. O cursor não sabe para onde está indo. O mesmo canal curva as fileiras nos dois sentidos, e o resultado para os dentes depende apenas da extremidade do Y pela qual eles entram.

As dimensões do modelo

Os desenhos da patente mostram a forma dos dentes, mas não trazem dimensões. Por isso os tamanhos aqui são valores do modelo, escolhidos para ter a aparência e o comportamento de um zíper metálico comum. Eles estão listados para que você saiba o que está vendo.

• Passo dos dentes: um dente a cada 2,54 mm em cada fita, o que dá dez por polegada. O National Inventors Hall of Fame diz que Sundback elevou o número de quatro elementos de fixação por polegada para dez. Não diz se a contagem é por fita ou para a corrente inteira, de modo que o uso dela por fita no modelo é uma escolha, não uma medição.
• Espessura do dente: 1,2 mm ao longo da corrente. Dois dentes, um de cada fita, preenchem um passo, com 0,07 mm de folga entre as faces.
• Cabeça: avança 0,9 mm além da linha central. O copo tem 0,35 mm de profundidade.
• Canal: as fileiras se encontram ao longo de uma curva que afasta cada fileira em 0,05 mm vezes o quadrado da distância nos primeiros 3 mm e depois segue com inclinação de 0,3, cerca de 17 graus em relação à linha central. Na entrada, a 10,5 mm do ponto onde as fileiras se encontram, cada fileira está a 2,7 mm do centro.
• Cunha: começa 7,5 mm adentro do canal e cresce com o vão, mantendo pelo menos 0,45 mm de folga em relação às cabeças.

Esses valores foram verificados por computador antes da construção do modelo. Para cada posição do cursor, em passos de 0,16 mm, as superfícies de cada dente foram testadas contra todos os dentes próximos, as paredes do cursor e a cunha. Com um cursor, novo ou gasto, e no zíper separável com o pino, nenhuma delas se sobrepõe em ponto algum, de modo que o modelo nunca deixa os dentes atravessarem uns aos outros ao fechar e abrir.

Há três lugares onde a verificação encontra sobreposição, e o modelo a mostra em vez de escondê-la. Atrás de uma abertura causada por tração em ângulo, em torno de um dente ausente e no ponto em que as fileiras chegam ao cursor inferior de um zíper de dois cursores, as fileiras voltam a se fechar, subindo, sem o canal do cursor para guiá-las. Os dentes rígidos do modelo então se encontram quase de frente e se sobrepõem em até 0,6 mm. Um dente real se torce um pouco e a fita cede, de modo que a mesma transição acontece sem que um metal atravesse o outro.

Há um número que você pode ler direto no painel. Com o cursor no batente inferior, 2 dos 52 dentes ainda estão travados. Com ele no alto, todos os 52 estão. No meio do caminho, cada passo de 2,54 mm que o cursor percorre trava ou destrava um dente em cada fita.

Batentes e puxador

Sem batentes, o cursor sairia correndo por qualquer das pontas. No alto, cada fita traz um pequeno grampo metálico além do último dente. Esses batentes superiores entram nos braços do cursor e o impedem de ir mais longe. Embaixo, um único grampo, o batente inferior, mantém as duas fitas unidas abaixo dos primeiros dentes, para que o zíper não possa abrir além dele. A patente de Sundback já prevê os dois: peças de parada numa das extremidades que "entram no cursor e limitam o movimento de travamento do cursor quando se chocam", e elos de fixação que unem as fitas na outra extremidade.

O puxador pende de uma pequena ponte na parte de cima do cursor. Na patente, o cursor tem "um anel no qual pode ser colocada uma fita ou um arco de acionamento". No modelo, o puxador gira para apontar a direção em que você puxa e cai de volta quando você solta, como um real.

Por que abre atrás do cursor

Um zíper que se abre atrás do cursor nem sempre tem um dente quebrado. O cursor é a peça que une os elementos, de modo que um cursor cujo canal se desgastou ou foi aberto à força pode deixar de apertar as duas fileiras com força suficiente para travar, mesmo com todos os dentes intactos.

Você pode ver o motivo no modelo. Ative "Cursor gasto" e suba. A extremidade estreita do cursor agora é mais larga do que deveria, e por isso as fileiras chegam à haste sem ser comprimidas totalmente uma contra a outra. As cabeças saem lado a lado, com as saliências apoiadas fora dos rebaixos em vez de dentro deles. Nada as segura, e o zíper fica aberto atrás do cursor. A contagem de dentes travados no painel para de subir.

Um conserto caseiro comum é apertar muito levemente a parte de trás do cursor com um alicate pequeno. Vá com cuidado: um cursor é uma pequena peça fundida e pode rachar. Se o cursor estiver apenas duro, o catálogo da YKK pede que não se force, porque os dentes podem então se encaixar de maneira errada; em vez disso, passe parafina ou cera nas duas faces dos dentes e mova o cursor para a frente e para trás.

Sete zíperes para comparar

O zíper metálico é o tipo mais antigo, e o que Sundback patenteou. O catálogo da YKK descreve hoje três famílias: metal, espiral e plástico moldado (VISLON é o nome que a YKK dá a este último). O controle "Tipo de zíper" e os botões do laboratório abaixo dos controles colocam cada um deles no palco. Todos usam o mesmo cursor e a mesma disposição da corrente, de modo que o princípio visto acima se mantém sem alteração.

Espiral. Em vez de dentes separados, um único fio plástico de poliéster ou náilon é enrolado em espiral ao longo da borda de cada fita. Cada volta da espiral forma uma cabeça, e as cabeças das duas espirais se encaixam no cursor exatamente como as de metal. O catálogo a chama de o mais macio dos três tipos. Ela se dobra com facilidade, e é por isso que o modelo a coloca nas portas de barraca, onde o zíper contorna uma curva. A cronologia de produtos da YKK registra os zíperes de náilon em 1952.

Plástico moldado. Aqui cada dente é injetado diretamente na fita. O catálogo indica o material como poliacetal (POM) e diz que o zíper é mais leve que um zíper metálico do mesmo tamanho. Os dentes são mais robustos que os de metal, com um bloco alto sobre o cordão e um copo largo e raso. A YKK vendeu esse tipo pela primeira vez em 1961, como o zíper Delrin.

Invisível. Um zíper de espiral costurado de modo que a fita se dobre de volta sobre a espiral. Pela frente você vê duas bordas dobradas se encontrando, e não dentes. A cronologia da YKK data seu zíper CONCEAL de 1958, e o catálogo o sugere para vestidos e saias porque ele não interrompe o tecido. Ative "Ver o interior" para olhar através da dobra.

Impermeável. Uma espiral também pode ser usada virada para dentro, com a espiral nas costas. O zíper AquaGuard da YKK é feito assim como padrão, com um filme de poliuretano laminado sobre a fita. As duas bordas do filme se encontram no meio e cobrem as costuras. Um projeto diferente, o PROSEAL, impede a passagem de água e ar com dentes de alpaca (liga de níquel e prata) apertados com força sobre fita de borracha ou plástico; o catálogo o especifica para 0,2 a 1,0 bar de pressão de água e considera aprovado um teste de ar quando nenhuma bolha sobe durante 15 segundos.

Dois cursores. O catálogo mostra cursores duplos dispostos frente a frente e costas com costas. O modelo tem o tipo costas com costas. O cursor superior funciona normalmente. O inferior está virado ao contrário, com a extremidade larga para baixo: empurrado de baixo para cima, ele destrava a corrente abaixo de si, e entre os dois cursores a corrente permanece fechada. Arraste qualquer um dos cursores ou use o controle "Cursor inferior".

Separável. Uma jaqueta precisa se separar por completo, por isso não tem batente inferior. O catálogo dá nome às peças: uma caixa de retenção numa fita, um pino de caixa e um pino de inserção na outra fita. O cursor repousa sobre a caixa. O pino de inserção atravessa o cursor e entra na caixa, o que alinha as duas fileiras para que o cursor possa iniciá-las. As instruções do catálogo são: puxar o cursor até o fim, até a caixa, empurrar o pino totalmente, segurar o lado do pino e puxar o cursor para cima. Use o controle "Inserir pino" para retirar o pino e recolocá-lo.

O número é uma classe de largura

O número impresso num zíper não é um código arbitrário do modelo. O catálogo da YKK classifica os zíperes pela largura da corrente, a largura dos dentes travados, seguindo a norma japonesa JIS S 2015:2019. O nº 3 se enquadra na classe Leve (4,0 a 5,5 mm), o nº 5 na Média (5,5 a 7,0 mm), o nº 8 na Média-pesada (7,0 a 8,5 mm) e o nº 10 na Pesada (8,5 a 12,0 mm). A tabela do laboratório os lista.

A norma também define resistências. Puxado lateralmente, atravessando a corrente, um zíper de metal ou plástico da classe Média, sobre fita de fibra sintética, deve suportar 300 N, e um zíper de espiral, 450 N. Um cursor metálico travado num zíper metálico nº 5 deve suportar 40 N antes de se mover. O modelo nº 5 tem largura de corrente de 6,6 mm, dentro da sua classe. O controle "Tamanho" ajusta o modelo inteiro a uma largura de corrente dentro de cada classe: 4,8, 6,6, 7,8 e 10 mm.

O tamanho também importa para o tecido. Um dos relatos de problemas do catálogo trata de um zíper nº 3 usado num material grosso, cujas peças inferiores quebraram; a resposta dada é usar nº 4 ou maior em tecido grosso.

Por que fica fechado

Os primeiros zíperes não tinham trava, e a YKK explica o problema com clareza: enquanto você andava, a gravidade podia deslizar o cursor para baixo e abrir a roupa. Um pino de trava resolve isso. Num cursor de trava automática, um pequeno pino escondido no cursor cai entre os dentes sempre que o puxador é solto, de modo que o cursor não pode se mover. Segurar e puxar o puxador levanta o pino. O cursor de um jeans é semiautomático: trava quando o puxador é pressionado e fica deitado. Um cursor de trava por pinos tem pinos na parte de baixo do puxador, que são pressionados contra os dentes.

No modelo, o controle "Pino de trava" mostra o pino sob a ponte. Ative "Afastar os lados" e depois desligue a trava: a tração do tecido empurra o cursor para baixo e o zíper vai se abrindo sozinho, como a frente de uma jaqueta que se abre sem ninguém tocar. A YKK Asia cita as bagagens como o principal uso de cursores sem trava, nos quais um cursor que se move livremente é justamente o que se quer.

Formas de falhar

O laboratório tem uma fileira de botões, cada um preparando uma falha, e a lista de problemas e soluções do catálogo explica a maioria delas.

• Tração inclinada. O catálogo alerta que, se o cursor de um zíper invisível é puxado para cima na diagonal, os dentes se deformam e deixam de se encaixar, e que forçar mais o quebra. No modelo, mais de 12° de ângulo de tração (um valor do modelo) deixa as fileiras destravadas atrás do cursor. Para consertar, endireite a tração, desça o cursor além das fileiras abertas e suba de novo.
• Dente ausente. Sem um dente, os dentes ao lado do vão não têm onde se apoiar. Enquanto o vão está abaixo do cursor e o tecido afasta os lados, a corrente se abre ali. A tarefa do laboratório pergunta onde o cursor deve parar para que o zíper segure.
• Cursor gasto. Descrito acima: as fileiras saem do cursor lado a lado, sem ficar travadas.
• Pino incompleto. Num zíper separável de espiral fina, o cursor pode ser forçado para cima com o pino apenas pela metade na caixa, o que danifica as peças inferiores.
• Bolsa cheia demais. Forçar o zíper de uma bolsa cheia demais quebra dentes e fita. Retire algo e aproxime os dois lados primeiro.
• Tecido preso. Mova o cursor com suavidade no sentido contrário enquanto solta o tecido.
• Calor e químicos. Os limites de passar a ferro do catálogo são 160 °C para zíperes de espiral e invisíveis, 150 °C para o FLATKNIT, de malha, e 130 °C para o VISLON, moldado. O enxofre dos elásticos de borracha corrói os dentes, e alguns cursores contêm níquel, por isso existem peças sem níquel para o contato com a pele.

Zíperes que seguram ar

Trajes pressurizados são o trabalho mais difícil que um zíper já teve. A ficha técnica da NASA sobre os trajes do Projeto Mercury, um traje de voo da Marinha modificado, fabricado pela B.F. Goodrich, termina a sequência de vestir fechando o zíper da entrada e prendendo um reforço sobre o cursor. O projeto Mark V da Goodrich para o Apollo, hoje no National Air and Space Museum, tinha um zíper diagonal pelo tronco, mas era largo demais para três astronautas sentados lado a lado.

O traje do Apollo usava dois fechos no tronco, segundo o folheto do marco histórico da ASME: um zíper interno de vedação sob pressão, que retinha o oxigênio, e um fecho deslizante externo por cima, que suportava as cargas para que o fecho de pressão nunca fosse tensionado. Esse zíper interno não durava muito. Um artigo da NASA sobre o traje espacial do ônibus espacial diz que o fecho deslizante de vedação sob pressão do Apollo suportava cerca de 50 ciclos de abrir e fechar, e que cada traje de voo do Apollo precisava de cerca de três substituições antes do lançamento. O traje do ônibus espacial o substituiu por um anel metálico que une o tronco superior e o inferior.

O controle "Costurado em" coloca o zíper do modelo numa jaqueta, numa bolsa, na porta de uma barraca, num traje branco ou num jeans. O tecido é uma textura na mesma escala do zíper; está ali para mostrar por onde passam as fitas, não para copiar um objeto em particular.

Diferenças para um zíper real

Um zíper real tem alguma folga. Na patente de Sundback de 1917, cada dente é um pequeno copo cujo exterior se aloja no rebaixo do dente seguinte, e as projeções e os rebaixos têm proporções tais que um não toca o outro quando o fecho é dobrado lateralmente. O modelo tem dentes rígidos, por isso abre espaço curvando as fileiras um pouco mais do que um zíper real.

As fitas do modelo são uma textura tecida desenhada em código e ficam planas sobre a mesa. As fitas reais são costuradas na roupa e puxam os dentes para os lados, o que explica em parte por que um cursor gasto leva a uma abertura que cresce. O cursor é montado com placas simples; um real é uma única peça fundida, com um formato interno que varia de modo mais suave.

Os zíperes de espiral e moldado usam a mesma disposição de corrente que o metálico, com formatos de dente próprios, de modo que o espaçamento deles é uma escolha do modelo. A dobra do invisível, o filme do impermeável e o tecido são superfícies que acompanham as bordas das fitas. O cursor inferior do zíper de dois cursores não pode chegar a menos de 18,6 mm do fundo no modelo, porque abaixo disso sua cunha cortaria os dentes; um cursor inferior real fica mais perto do batente inferior.

Dos ganchos ao fecho sem ganchos

Whitcomb Judson, de Chicago, recebeu duas patentes em 29 de agosto de 1893, uma para um "fecho de sapato" e outra para um "fecho de ganchos para abrir e fechar sapatos". O Programa Lemelson-MIT registra que o protótipo "emperrava com frequência", mas funcionava, e que Judson e seu sócio Lewis Walker o costuraram nas próprias botas. Judson apresentou o fecho de ganchos na Exposição Mundial de Chicago, em 1893, onde o público quase o ignorou. Seu dispositivo usava ganchos e ilhoses, não copos, e foi feito para substituir cadarços, não para fechar roupas.

A empresa fundada por Judson e Walker contratou Gideon Sundback, um engenheiro sueco, em 1906. Sundback redesenhou o fecho, e o Lemelson data de 1913 a versão mais confiável. Seu pedido do fecho separável descrito acima foi apresentado em 27 de agosto de 1914 e concedido em 20 de março de 1917 como a patente americana 1,219,881, cedida à Hookless Fastener Company, de Meadville, Pensilvânia. O National Inventors Hall of Fame lhe atribui também a máquina que fabricava os dentes, cortando-os de um fio especial em Y e prendendo-os à fita.

O nome veio depois. A B. F. Goodrich Company usou o fecho em galochas de borracha em 1923 e o chamou de zipper, por causa do som. O Museu Nacional de História Americana do Smithsonian guarda uma bota Goodrich Zipper original, e o modelo de patente de Sundback, com 12 por 1 polegadas de metal e tecido, está em exposição na mostra American Enterprise. O museu observa que o zíper só passou a ser muito usado em roupas na década de 1930, quando substituiu os botões da braguilha das calças masculinas.

Em Tóquio, Tadao Yoshida fundou a San-S Shokai em janeiro de 1934 para fabricar e vender fechos, e registrou a marca YKK em 1946. A cronologia da própria YKK percorre então a maioria dos zíperes deste palco: zíperes de náilon em 1952, o invisível CONCEAL em 1958, o zíper moldado Delrin (hoje VISLON) em 1961, o zíper estanque à água e ao ar hoje chamado PROSEAL em 1983. A empresa diz que hoje produz mais de três milhões de quilômetros de zíper por ano e que mais de 100.000 tipos de zíper estão registrados como seus produtos só no Japão.