Ascensores de accionamiento por cuerda

Los diseños de principios del siglo XX de Otis para un accionamiento de ascensor único dieron forma al moderno ascensor de tracción.

La invención de nuevos sistemas de ascensores a menudo ha seguido una trayectoria de desarrollo distinta: los inventores siguen una ruta principal o primaria que abarca lo que eventualmente se convierte en el sistema estándar, mientras persiguen simultáneamente una o más rutas paralelas secundarias. Estos caminos secundarios, que pueden considerarse variaciones del tema principal, a menudo están impulsados ​​por un deseo casi obsesivo de resolver lo que se perciben como problemas críticos asociados con el nuevo sistema. Estas actividades son típicamente ejercicios de diseño breves y altamente enfocados que ocasionalmente producen sus propios sistemas únicos (y a menudo sobrediseñados). Tal fue el caso en el desarrollo del moderno elevador de tracción. Parece que la simplicidad del concepto inicial, un sistema de cables que conectan el automóvil y los contrapesos y que pasan por encima y alrededor de las poleas de tracción, generó una serie de preocupaciones sobre el deslizamiento y el desgaste de los cables debido a la fricción excesiva, así como preocupaciones sobre la conexión directa. velocidades del motor eléctrico y la velocidad asociada de la polea motriz. Una solución propuesta a estos problemas fue el ascensor de accionamiento por cable.

Norman C. Bassett, ingeniero de Thomson-Houston Electric Co., obtuvo dos de las primeras patentes de elevadores de accionamiento por cable: "Gearing for Elevators", patente de EE. UU. Nº 483,203 (27 de septiembre de 1892) y "Gearing for Elevators, ”Patente de Estados Unidos Nº 485,163 (1 de noviembre de 1892). Las solicitudes de ambas patentes se presentaron el 11 de octubre de 1890; por lo tanto, Bassett vio sus patentes como variaciones articuladas de una invención común. El diseño de Bassett se basó en la creencia de que, con los ascensores de tracción, “una de las principales dificultades. . . surge en la pérdida excesiva por fricción, que es inevitable cuando el peso de la carga total se ejerce sobre el inducido del motor u otras partes de funcionamiento rápido conectadas con él ".^{[ 1 ]}

Bassett describió su solución a este problema como "un mecanismo eficaz y silencioso para transmitir la potencia y reducir la alta velocidad del motor a la velocidad comparativamente lenta del automóvil".^{[ 1 ]} Lo logró colocando el motor eléctrico y la polea motriz adyacentes a la polea de elevación de modo que la polea motriz accionara un "dispositivo de cuerda y polea" conectado al contrapeso (Figura 1). El dispositivo de cuerda y polea movió el contrapeso y, por lo tanto, el automóvil, de acuerdo con Bassett, transfirió efectivamente la "porción principal de la carga" de la polea motriz de "movimiento rápido" a la polea de elevación de "movimiento lento", por lo tanto Reduciendo "en gran medida" la "pérdida debida a la fricción y el desgaste".^{[ 1 ]} Su segunda patente describió el "mecanismo de transmisión de potencia" como un "dispositivo de cable diferencial" (Figura 2).^{[ 2 ]} Es interesante notar que, en ambas patentes, Bassett usó consistentemente la palabra “tambor” al referirse a las poleas de tracción.

El concepto de ascensor de accionamiento por cuerda de Bassett aparentemente atrajo poca atención hasta principios del siglo XX, cuando Otis se interesó en esta versión alternativa del ascensor de tracción. El 20 de enero de 7, Rudolf C. Smith, uno de los principales ingenieros de Otis, presentó una solicitud de "Rope-Drive for Elevators", Patente de EE. UU. No. 1903, que se otorgó el 789,765 de mayo de 16. En ella, Smith claramente expresó su conocimiento del diseño de Bassett:

“Esta invención se refiere a un mecanismo de accionamiento por cable para elevadores eléctricos y de otro tipo, cuyo objeto es proporcionar un aparato simple y eficaz con un mínimo de fricción y el consiguiente mínimo de desgaste. La presente invención es una modificación del dispositivo que se muestra en la Patente de Estados Unidos Nº 483,203, con fecha del 27 de septiembre de 1892, concedida a Norman C. Bassett. Esta invención describe una disposición de poleas para un accionamiento por cable en combinación con un automóvil que está conectado a un contrapeso por medio de cables independientes adicionales de tal manera que solo una parte de la carga desequilibrada tiene que ser superada cuando puesto en movimiento por el motor ".^{[ 3 ]}

Como fue el caso de Bassett, Smith conectó el automóvil y el contrapeso a través de un sistema simple de cable y polea, que era impulsado por un motor eléctrico conectado a una polea motriz que operaba un sistema secundario (Figura 3). Describió su sistema secundario como “dos conjuntos de tapones y aparejos múltiples o reductores”, que actuaban en direcciones opuestas y, por lo tanto, eran capaces de subir o bajar el contrapeso y el carro.^{[ 3 ]} Según Smith:

“Será evidente que la carga a levantar o bajar es solo la diferencia entre el carro y su carga y el contrapeso, y que según la magnitud de la acción reductora de los bloques y aparejos, se reduce el tiro sobre el motor , mientras que el mismo puede girar a alta velocidad ".^{[ 3 ]}

La patente de Smith fue la primera de una serie de ingenieros de Otis. El nivel de interés de la empresa en el desarrollo de este tipo de sistema está indicado por las 10 solicitudes de patente adicionales de transmisión por cable presentadas entre 1903 y 1909. Se presentaron cuatro solicitudes tanto en 1906 como en 1908; por lo tanto, el período pico de investigación parece haber sido desde finales de 1905 hasta principios de 1909. Sin embargo, rastrear con precisión esta trayectoria de investigación requiere el uso de la fecha de solicitud de las patentes. (El intervalo de tiempo entre la solicitud y la adjudicación osciló entre siete meses y seis años). Por lo tanto, la siguiente encuesta seleccionada de estas patentes no sigue la secuencia en la que se otorgaron las patentes, sino el orden en que se presentaron sus solicitudes (Tabla 1).

El diseño que se encuentra en la patente de Ernest Boening “Elevador con transmisión por cuerda por fricción”, Patente de EE. UU. No. 932,432 (31 de agosto de 1909), siguió el paradigma establecido por Bassett y Smith y empleó poleas de transmisión y elevación separadas conectadas por poleas y cuerdas intermedias. Uno de los objetivos de Boening era "proporcionar un medio simple y eficiente para mantener automáticamente la tensión en los cables de tracción de dichos ascensores".^{[ 4 ]} Su diseño se basó en el uso de un "bloque de bisagra" para obtener el "contacto de fricción" necesario entre los cables y la polea motriz. En equilibrio sobre el bloque de bisagras había una viga de soporte que llevaba las poleas de elevación y secundarias. (El motor y las poleas motrices estaban ubicadas directamente debajo de la polea secundaria). La viga de soporte también presentaba resortes masivos en cada extremo destinados a “absorber” cualquier sacudida o vibración que ocurriera. Boening describió su diseño como "un sistema de palanca basculante" que automáticamente producía "una tensión en el lazo de la cuerda o cuerdas que se encuentran entre la polea motriz y la polea aérea".^{[ 4 ]} Creía que el "contacto o tensión por fricción" resultante sería "proporcional al peso del automóvil y su carga".^{[ 4 ]} La complejidad de su esquema está claramente indicada en las dos versiones que emplearon contrapesos (Figura 4).

El “Elevador de accionamiento por cuerda” de John D. Ihlder, patente de EE. UU. Nº 1,016,691 (6 de febrero de 1912) ofrecía una solución de diseño mucho más simple, que en cierto modo se parecía a un sistema de tracción normativo. Según Ihlder:

“Hasta ahora, la forma habitual de conducir el automóvil ha sido conducir la cuerda impulsora alrededor de la polea impulsora y desde allí alrededor de la polea suelta, de regreso al contrapeso. . . . Esto produce una tensión muy fuerte en los cojinetes de la polea motriz o el tambor, así como en la polea floja o tensa ”.

Esta "gran tensión" se alivió separando las poleas de elevación y conducción y empleando múltiples cables. Sin embargo, a diferencia de los diseños anteriores, este sistema empleaba un conjunto relativamente simple de componentes adicionales (Figura 5). De hecho, Ihlder notó que su diseño no era tan complejo como aparecía en sus dibujos:

“Con el fin de facilitar el trazado de los diferentes cabos, he mostrado las poleas como de distintos diámetros, respectivamente, y las he designado como si fueran, en cada caso, poleas separadas. Debe entenderse, sin embargo, que las poleas son sustancialmente del mismo diámetro y están fijadas entre sí; o, dichas roldanas pueden ser una sola roldana, con doble ranura para los cables. [El sistema fue diseñado para] aliviar la tensión de los medios de transmisión de potencia en el aparato de accionamiento por fricción [y para proporcionar un] medio eficaz para contrarrestar la tensión en los cojinetes de la polea motriz y la polea tensora del [el] aparato elevador de tracción. "^{[ 5 ]}

Quizás sea algo sorprendente que las ocho patentes posteriores aborden principalmente variaciones en el diseño de Boening (en lugar del diseño de Ihlder). La evidencia que revela el enfoque de Otis en el esquema de bloques de bisagra más complejo también va acompañada de indicios de que varias de estas máquinas pueden haber sido realmente construidas (aunque solo sea en las instalaciones de prueba de Otis). El “Elevador con accionamiento por cuerda” de David Lindquist y August Sundh, Patente de los Estados Unidos No. 987,384 (21 de marzo de 1911) se describió como una mejora “en los sistemas de ascensores de tracción o de accionamiento directo”. El diseño tenía los objetivos integrados de proporcionar un "medio simple y eficaz para producir la tensión necesaria sobre los cables impulsores de tracción" y proporcionar un "medio para distribuir la tensión en los cables impulsores en lados opuestos de la polea impulsora de tracción".^{[ 6 ]} Esto se logró mediante el uso de la cabina y el contrapeso para producir la tensión requerida en los cables de la polea de elevación, con la cabina también contrapesada para tener en cuenta las variaciones de carga. También se empleó un "punto de pivote" y una viga (similar al bloque de bisagra de Beoning) para proporcionar "un medio simple y eficiente para proporcionar la tracción requerida en todas las condiciones de carga sin complicar de ninguna manera el sistema de amarre o emplear pesos adicionales". "^{[ 6 ]} La afirmación de los inventores de que este diseño constituye una solución sencilla es, por supuesto, discutible. Sin embargo, dieron a entender claramente que su diseño había sido construido y probado. Afirmaron que su ascensor había "demostrado en la práctica" tanto su eficiencia como un beneficio adicional: aparentemente ayudó a "superar" la tendencia del automóvil a "saltar" (o rebotar hacia arriba) cuando se detuvo repentinamente.

La última patente de esta secuencia fue el “Elevador con accionamiento por cuerda” de Lindquist, patente de EE. UU. Nº 931,935 (24 de agosto de 1909). Lindquist caracterizó su diseño en términos familiares:

“El objeto de esta invención es aumentar automáticamente este contacto de fricción en diferentes partes de la operación. Durante la mayor parte del funcionamiento de un ascensor de este tipo, es necesario tener solo la tensión suficiente en los cables impulsores para evitar el deslizamiento de los cables en la polea impulsora cuando esta última está en reposo o para impulsar una carga ligera sobre la cabina. Con mi invención, esta tensión y la consiguiente fricción aumentan siempre que aumenta la carga en el automóvil, y este aumento de fricción puede, mediante la disposición adecuada de las piezas, hacerse proporcional a dicho aumento de carga ".^{[ 7 ]}

Quizás sea apropiado que este esquema final pareciera combinar la simplicidad del diseño de Ihlder con la complejidad de Beoning, con esta última vista en la disposición similar a un pastel de bodas de bloques de bisagra, palancas basculantes, resortes y poleas primarias y secundarias y cuerdas (Figura 7).

La cualidad reflexiva, centrada, silenciosamente obsesiva e idiosincrásica de los ascensores de cuerda de Otis habla de un intento dedicado de resolver un problema aparentemente simple por los medios más complejos posibles. La seriedad de esta búsqueda se revela por el hecho de que muchas de las patentes incluyen explicaciones matemáticas detalladas del funcionamiento del ascensor. Sin embargo, sigue siendo difícil imaginar que el talentoso grupo de ingenieros de Otis realmente imaginara que estas máquinas se utilizarían en los edificios de Estados Unidos y en los huecos de ascensores existentes. Por lo tanto, puede ser apropiado ver estas exploraciones como el equivalente de ingeniería de un "experimento mental", un concepto filosófico típicamente definido como "un dispositivo de la imaginación utilizado para investigar la naturaleza de las cosas".^{[ 8 ]}

Referencias

[1] Norman C. Bassett, "Gearing for Elevators", patente de EE. UU. n.º 483,203 (27 de septiembre de 1892)
[2] Norman C. Bassett, "Gearing for Elevators", Patente de Estados Unidos Nº 485,163 (1 de noviembre de 1892).
[3] Rudolf C. Smith, “Rope-Drive for Elevators”, Patente de Estados Unidos Nº 789,765 (16 de mayo de 1905).
[4] Ernest Boening, “Elevador con accionamiento por cuerda por fricción”, Patente de Estados Unidos Nº 932,432 (31 de agosto de 1909).
[5] John D. Ihlder, “Elevador con accionamiento por cuerda”, Patente de Estados Unidos Nº 1,016,691 (6 de febrero de 1912).
[6] David Lindquist y August Sundh, “Elevador de tracción por cuerda”, Patente de Estados Unidos No. 987,384 (21 de marzo de 1911).
[7] David Lindquist, “Elevador con accionamiento por cuerda”, Patente de Estados Unidos No. 931,935 (24 de agosto de 1909).
[8] James Robert Brown y Yiftach Fehige. "Experimentos de pensamiento", The Stanford Encyclopedia of Philosophy (edición de otoño de 2014), Edward N. Zalta (ed.).