El elevador electromagnético

Dos inventores compitieron para producir un precursor del concepto de ascensor lineal actual a finales del siglo XIX.

En la última década del siglo XIX, dos ingenieros estadounidenses exploraron de forma independiente el uso de electroimanes como medio para alimentar ascensores. Estos esfuerzos, cuando se consideran en el contexto del desarrollo del motor de inducción lineal, revelan que, como es el caso de los ascensores diseñados para moverse vertical y horizontalmente, las innovaciones contemporáneas a menudo tienen precedentes históricos intrigantes. El trabajo separado pero casi simultáneo realizado por estos ingenieros también es paralelo a los acontecimientos modernos en el sentido de que un inventor trató de aplicar un sistema desarrollado para un tren electromagnético a los ascensores, mientras que el otro trató de desarrollar un sistema diseñado específicamente para sistemas de transporte vertical.

En diciembre de 1893, Paul W. Leffler (1853-1914) de Chicago fundó Leffler Electro-Magnetic Railway Co.En noviembre del año anterior, Leffler había presentado una solicitud para la primera de 10 patentes relacionadas con su diseño de un tren propulsado por electroimanes. Entre agosto de 1895 y marzo de 1896, presentó seis solicitudes de patente, cinco de las cuales se emitieron en la misma fecha: 22 de diciembre de 1896. Este último grupo incluía la única patente no relacionada con el ferrocarril que persiguió durante este período: "Elevador eléctrico". (Patente de Estados Unidos Nº 573,820). En su introducción, Leffler hizo referencia a sus patentes ferroviarias y señaló:

“En estas patentes. . . Utilizo un campo magnético que se extiende a lo largo de la línea de viaje, que es producido por una serie de imanes espaciados entre sí, con los miembros adyacentes de polaridad opuesta, y una armadura no giratoria llevada por el automóvil en posición de estar sujeta a la influencia. de dicho campo, los electroimanes de cuya armadura están dispuestos preferiblemente en conjuntos conectados en serie y posicionados entre sí y los imanes de campo que las fuerzas magnéticas de atracción y repulsión cooperan para propulsar el automóvil en una dirección común. Para controlar y mantener las relaciones magnéticas adecuadas entre el campo y los imanes de la armadura, también utilizo. . . un mecanismo automático de cambio de polos aplicado, preferiblemente, en las conexiones del circuito para los inducidos-imanes. En mi presente invención, organizo la combinación anterior, junto con ciertas características adicionales, en un ascensor ".^{[ 1 ]}

La "organización" de Leffler de su diseño ferroviario "en un ascensor" se expresó a través de las 10 páginas de dibujos de su patente (que contienen 27 figuras) y seis páginas y media de texto. Su presentación detallada permite un examen completo de su elevador electromagnético.

Un análisis de su diseño revela que intentó producir un ascensor lo más normativo posible. Leffler dijo que "la cabina del ascensor puede tener la apariencia de una jaula ordinaria".^{[ 1 ]} Reconoció que los aspectos más importantes del diseño del automóvil eran la plataforma, los montantes, la cruceta y el tablón de seguridad, refiriéndose a estos componentes como el piso, el yugo superior, las varillas verticales y el yugo inferior, respectivamente. Dijo que el automóvil estaría “suspendido y contrapeso de la manera habitual” (Figura 1).^{[ 1 ]} El texto de su patente implica que el contrapeso equivalía al peso del automóvil, lo cual era algo inusual, ya que, en la década de 1890, la mayoría de los ascensores usaban un sistema de sobrebalance, con el contrapeso igual al peso del automóvil más la mitad de la carga típica.

Otro aspecto inusual de su diseño fue la presencia de un controlador de palanca manual y una cuerda de carga en el automóvil. Normalmente, solo se utilizó un sistema de control.

Los componentes principales del sistema electromagnético de Leffler estaban integrados en los rieles de guía y los montantes del automóvil. Los rieles de guía emplearon un canal de metal en forma de U para albergar "una serie de piezas polares salientes, sobre las cuales se enrollan bobinas magnéticas".^{[ 1 ]} Las piezas polares estaban cubiertas por barras guía de latón que servían literalmente como rieles de guía para el automóvil (Figura 2). Los lados del canal en forma de U estaban equipados con tiras de madera que proporcionaban una superficie de agarre para el dispositivo de seguridad del ascensor. Las contrapartes de las piezas polares de los rieles de guía se alojaron en los montantes del automóvil (Figura 3). Los montantes también presentaban dos pares de “guías con bridas o rodillos de retención”. . . transportados por émbolos deslizantes con cabeza de yugo ", que estaban equipados con resortes para sujetar los rodillos" firmemente contra las barras guía y amortiguar el automóvil en una posición central entre los campos ".^{[ 1 ]} Un tercer componente crítico, el conmutador, se ubicó en la parte superior de la cruceta. Debido a que su funcionamiento estaba directamente relacionado con la velocidad del automóvil, la acción del conmutador se controlaba mediante "un cable que pasaba sobre una polea, fijada en el extremo trasero del eje del conmutador, y de allí sobre una polea guía llevada por la polea trasera". borde superior del automóvil, y con ambos extremos tensos y asegurados al edificio u otro soporte fijo, con un extremo arriba y el otro extremo debajo de los límites extremos del recorrido del automóvil ".^{[ 1 ]} La operación del conmutador se parecía mucho a la de los dispositivos de seguridad de sobrevelocidad contemporáneos; por lo tanto, su diseño representó una interesante adaptación de la tecnología de ascensores existente a un nuevo uso.

El dispositivo de seguridad de Leffler, que describió como un "embrague de seguridad", estaba ubicado debajo del automóvil. El seguro consistía en “dos ejes o varillas de roca paralelos transversales, montados en cojinetes. . . y provistas en sus extremos de levas de agarre o bloques de fricción excéntricos que, al soltarse, enganchaban los paramentos de madera ”de los rieles de guía (Figura 4).^{[ 1 ]} Las levas se mantuvieron alejadas de los revestimientos de madera mediante contactos eléctricos que mantenían comprimidos los resortes de seguridad. Si el automóvil pierde energía eléctrica, la seguridad se activa automáticamente. Por lo tanto, la seguridad de Leffler solo funcionaba si fallaba la energía. No habría evitado que el automóvil acelerara demasiado. Este aparente descuido probablemente se debió a su creencia de que su diseño electromagnético permitía un control tan preciso del automóvil que no podía sobrepasar la velocidad. También confió en este sistema para mantener el automóvil en su lugar cuando se detuvo en un rellano. En otras palabras, el automóvil no estaba equipado con freno. Según Leffler, cuando la palanca de control estaba en la posición de "parada", "las fuerzas de atracción y repulsión (entre los imanes de campo) se neutralizarían entre sí y no tendrían tendencia a mover el automóvil en ninguna dirección".^{[ 1 ]} Una exploración completa del funcionamiento detallado de este ascensor está más allá del alcance de este artículo. Sin embargo, los lectores interesados ​​pueden explorar este sistema más a fondo examinando la patente de Leffler (vea los extras en línea de este mes).

Mientras que Leffler abordó su diseño como un extraño en la industria que buscaba adaptar un sistema horizontal al transporte vertical, su rival estaba directamente relacionado con la industria de los ascensores. H. Russell Smith (nacido en 1864) se graduó con una licenciatura en Ingeniería Mecánica del Instituto Stevens en 1888. Originario de Chicago, regresó a casa después de la graduación y aceptó un puesto en la empresa contratista de pavimentación JB Smith & Co. Comenzó su carrera en ascensores en 1890, cuando se unió a Hale Elevator Co. como superintendente asistente de construcción. En 1894, dejó Hale para trabajar en Winslow Brothers Elevator Co., donde trabajó como ingeniero jefe. Dejó Winslow Brothers en 1897 y, tras breves períodos en Morse, Williams & Co. y Burdett-Rowntree Manufacturing Co., se unió a la oficina de Otis en Chicago en 1900. Entre 1894 y 1898, recibió cinco patentes de ascensores, una de las cuales se refería a un diseño de ascensor electromagnético: "Elevador eléctrico", patente estadounidense n.º 549,542 (6 de junio de 1896).

La patente de Smith, con sus tres imágenes y cuatro páginas de texto, ofrece un interesante estudio en contraste con la patente de Leffler. Las representaciones detalladas de este último tienen un poder visual que claramente falta en los dibujos lineales simples de Smith (Figura 5). Sin embargo, un examen del diseño de Smith revela un esquema práctico basado en la aplicación de un accionamiento electromagnético a una tipología de ascensor estándar. El ascensor de Smith también fue objeto de dos artículos ilustrados. El primero, "Smith's Electromagnetic Elevator", apareció en la edición del 19 de diciembre de 1896 de Electricista occidental, y el segundo, "Ascenseur Electro-Magnétique", apareció en el número del 10 de abril de 1897 de L'Électricien. Esta última fue una de las primeras presentaciones de un sistema de accionamiento por electroimán a una audiencia europea. (Estos artículos y la patente de Smith también se han incluido como extras en línea).

Ambos artículos señalan que la fase de desarrollo del diseño del ascensor se produjo en la fábrica de Winslow Brothers en Chicago. El trabajo comenzó a fines de 1895 o principios de 1896 (la solicitud de patente de Smith se presentó en marzo de 1896). A diferencia del esquema de Leffler, en el que todo el eje era parte del sistema de transmisión, Smith diseñó un motor electromagnético que impulsaba el automóvil a través de un eje típico. . Su diseño se comparó con el de un elevador hidráulico vertical, con la "pieza central" del motor electromagnético "correspondiente al pistón" y el núcleo hueco en el que viajaba la pieza central "correspondiente al cilindro" de un ascensor hidráulico .^{[ 2 ]}

El dibujo de la patente también mostraba una polea multiplicadora, una característica que se encuentra en las máquinas hidráulicas. Al igual que Leffler, Smith diseñó un freno que se basaba en una bobina eléctrica y un émbolo magnético, que funcionaba cuando se cortaba la corriente eléctrica del freno. Sin embargo, el freno de Smith (no ilustrado en su patente) estaba controlado por la palanca de control del automóvil, que, cuando se movía a la posición de parada, activaba el freno. El diseño también se describió como capaz de estar "totalmente equipado con los dispositivos de seguridad mejorados utilizados en los automóviles de todos los ascensores hidráulicos fabricados" por Winslow Brothers, que incluía un "dispositivo simple ubicado en la escotilla del automóvil [que trae automáticamente] el automóvil hasta detenerse en los límites superior e inferior del recorrido si no lo detiene el operador ".^{[ 2 ]}

El Electricista occidental El artículo, del cual algunas partes pueden haber sido escritas por Smith, resumió las ventajas de su diseño de la siguiente manera:

“Desde el punto de vista de un arquitecto o propietario, el ascensor electromagnético tiene varias ventajas: no requiere espacio para las bombas, tanques, tuberías y válvulas del ascensor hidráulico, ni para el motor, tambor o tornillo de la mayoría de los ascensores eléctricos; si tiene una relación de transmisión de dos a uno y el núcleo está suspendido de las vigas superiores del ascensor, no ocupará espacio alguno, excepto el requerido por la propia cabina... Debido a su peculiar construcción, el tamaño y la forma del motor magnético es tal que ocupa en los pisos a través de los cuales viaja solo un espacio aproximadamente igual al cuerpo cilíndrico de un elevador hidráulico de cilindro vertical ”.^{[ 2 ]}

Si bien la confianza expresada en estas declaraciones se hace eco de la hipérbole publicitaria típica (y las afirmaciones de Leffler en su patente), Smith y Winslow Brothers tenían una clara ventaja sobre su competidor. El ímpetu para el artículo de 1896 fue la construcción exitosa de un prototipo completamente funcional en la fábrica de Winslow Brothers (Figuras 6 y 7). Desafortunadamente, la fotografía, que muestra la plataforma de la cabina, el “eje” y el motor, no indica la altura operativa del ascensor.

Los esfuerzos imaginativos de Leffler y los esfuerzos prácticos de Smith, hechos realidad en su máquina prototipo, representan un intenso estallido de interés en la adaptación de los electroimanes a los sistemas de accionamiento de ascensores. Desafortunadamente, el desafío de ir más allá del concepto y el modelo de trabajo resultó demasiado difícil de superar, y se abandonó la búsqueda del ascensor electromagnético. No obstante, si bien estos primeros esfuerzos pronto se perdieron en la historia, su recuperación y presentación aquí sirve como un recordatorio útil de que a menudo existen precedentes para las innovaciones modernas y que la presencia del pasado nos rodea, si sabemos dónde buscar.

Referencias
[1] Paul W. Leffler. “Electric Elevator”, Patente de Estados Unidos Nº 573,820 (22 de diciembre de 1896).
[2] “Smith's Electromagnetic Elevator”, Western Electrician (19 de diciembre de 1896).