Guide e binari di guida per ascensori del XIX secolo

La prima storia brevettata di come questi importanti componenti sono diventati propri

La progettazione di guide e binari di guida per ascensori è stata tra le prime criticità individuate dagli inventori dell'ascensore per passeggeri nel XIX secolo. Il dispositivo di sicurezza di Elisha Graves Otis (progettato nel 19 e brevettato nel 1854) si basava sull'uso di un binario di guida unico con cricchetti o denti che si agganciavano a nottolini o "cani di sicurezza". Nel 1860, Otis Tufts, inventore dell'ascensore ferroviario verticale, offrì le seguenti osservazioni su questo aspetto della progettazione degli ascensori:

“La consueta linea di movimento della [della] cabina dell'ascensore è sostanzialmente verticale, essa sospesa liberamente tra scivoli o vie, le quali, essendo fissate alle pareti e tramezzi degli edifici, non sono suscettibili, nell'uso pratico, di perfetto adattamento, essendo suscettibili di disturbo della posizione, conseguente al ritiro delle travi, assestamento delle fondazioni, ecc., cosicché se le guide o le traverse della cabina si adattano strettamente alle slitte o alle guide, si verificheranno incollaggi e inceppamenti, accompagnati da rumori sgradevoli e perdita di potenza; e se le guide o le traverse abbracciano ma senza stringere gli scivoli o le guide, allora l'oscillazione dell'auto infastidirà i suoi passeggeri, e il rumore conseguente all'urto dell'auto nelle sue vibrazioni contro gli scivoli infastidirà gli occupanti dell'edificio , così come i passeggeri delle auto”.

Le osservazioni di Tufts delinearono efficacemente gli aspetti chiave di questo problema e stabilirono il contesto per le soluzioni progettuali proposte e utilizzate alla fine del 1800. E, mentre le guide e i binari di guida venivano spesso affrontati nella progettazione di un sistema completo di ascensori, i registri dei brevetti rivelano che erano anche oggetto di sforzi di progettazione mirati.

The source delle osservazioni di Tufts fu il suo "Improvement in Elevator Guides" del 1866 (brevetto USA n. 60,443). In esso, si riferiva alle rotaie di guida come "slitte" o "vie" che erano "dotate di denti a cricchetto, che, in connessione con nottolini o fermi a molla, possono essere fatti fungere da apparato di sicurezza per impedire la caduta dell'auto , in caso di rottura delle funi o catene di sollevamento”. Non era insolito in questo momento che gli ascensori incorporassero una variazione del dispositivo di sicurezza di Otis nei loro progetti. Tuttavia, Tufts ha inserito il cricchetto in una guida di legno e ha proposto l'uso di guide a rulli, "fatte come ruote", per dirigere il movimento dell'auto (Figure 1 e 2). Ha affermato che i rulli potrebbero essere costruiti come solide ruote di metallo dotate di "una fascia o un anello di gomma vulcanizzata, la cui elasticità fa sì che passi facilmente su eventuali irregolarità nei percorsi". Questo progetto è stato percepito come "sufficiente in tutti i casi ordinari per assicurare un contatto costante e silenzioso". Ha anche proposto una costruzione di rulli alternativa che utilizzava "dischi di pelle fissati tra dischi metallici". In questo sistema, i dischi di pelle potrebbero essere sostituiti da altri "materiali idonei", come "legno, carta o pelle verde". L'obiettivo era fornire una guida fluida e prevenire "il suono che deriva dal movimento di una ruota metallica su una rotaia metallica".

Nel gennaio 1873, Charles Otis ricevette un brevetto per "Miglioramenti nelle guide per ascensori" (brevetto USA n. 134,698), che era una variazione sul design di Tufts. La differenza fondamentale era l'uso di ruote di guida in metallo attaccate a bracci a forma di U, che scorrevano su binari di guida che presentavano "una striscia di pelle" o materiale simile che aveva "una superficie morbida o elastica simile". La striscia di cuoio è stata “incollata, cementata o comunque fissata” alla superficie della guida di legno (Figura 4). Charles Otis sosteneva che i “rulli guida funzionanti. . . sulle superfici morbide o elastiche previste sulle rotaie di guida, saranno praticamente silenziose nel loro funzionamento, eventuali disuguaglianze nelle posizioni relative dei rulli e delle superfici essendo annullate o compensate dalla natura cedevole della pelle.

"Improvement in Ratcheted Guide for Elevators" di Lorenzo Graves del 1878 (brevetto USA n. 206,434) ha fornito ulteriori approfondimenti sulla logica alla base dei progetti che racchiudevano il cricchetto di sicurezza in metallo all'interno di un binario di guida in legno:

“I cricchetti in ghisa, quando usati come guide, non creano una superficie o un binario liscio o uniforme su cui possa scorrere la piattaforma o l'auto, essendo più o meno deformati o piegati e di spessore variabile. Per ovviare a questa difficoltà, a volte sono stati piallati con una superficie liscia e uno spessore uniforme. Questo era costoso e poteva essere adottato solo per gli ascensori per passeggeri più costosi. Legni duri sono stati utilizzati anche per le guide oi binari, che, pur silenziosi e lisci, erano tuttavia discutibili, perché privi dell'essenziale elemento di sicurezza che si trova nelle guide a cricchetto. [Rincastrando] i cricchetti di ferro dentro o tra il legno dalle flange del ferro. . . e il legno avvitato ai pali guida o alle pareti del boccaporto, il legno terrà, rafforzerà e tratterrà il ferro in modo tale che, se quest'ultimo dovesse essere rotto, non potrebbe separarsi dal legno o spostarsi .”

Il brevetto di Graves riguardava "l'impiego di un involucro di legno per le barre metalliche a cricchetto", che secondo lui "servirebbe anche da guida silenziosa per le scarpe dell'auto o della piattaforma su cui muoversi". Sebbene questa caratteristica fosse stata inclusa in brevetti precedenti, non era stata precedentemente rivendicata come caratteristica di design originale.

Un nuovo design del binario di guida è stato presentato nel brevetto di Charles Otis del 1885, "Sedia per montanti guida per ascensori" (brevetto USA n. 310,713). L'obiettivo principale del brevetto era una "sedia" migliorata o un sistema di bloccaggio regolabile utilizzato per fissare i binari di guida alle travi di legno dell'albero. Charles Otis ha riferito:

“È risaputo che i vani degli ascensori tendono a deformarsi, a causa della deformazione e del balzo delle travi che compongono i vani, o per altre cause. Quando i vani di corsa vengono così deformati, i montanti di guida vengono solitamente disallineati tra loro e anche distorti, il che provoca l'inceppamento della cabina dell'ascensore. In tal caso, è necessario molto tempo per allineare i pali guida”.

Charles Otis ha affermato che il suo design consentiva una facile "regolazione laterale" del binario di guida e, "se necessario, il supporto a forma di U" consentiva "regolazione verso l'interno o verso l'esterno". Il suo design della sedia conteneva un binario di guida unico fatto di "ordinari binari di ferro o acciaio fissati insieme da un capo all'altro". Il profilo del binario di guida illustrato nel disegno del brevetto ricorda un binario utilizzato su un tipico binario ferroviario (Figura 4). Questo brevetto è uno dei primi che raffigura una guida in ferro o acciaio che non includeva i cricchetti di sicurezza.

Anche l'uso proposto da Charles Otis di un binario di guida interamente in metallo era insolito. In effetti, la maggior parte dei brevetti sui binari di guida della fine degli anni 1880 e dei primi anni del 1890 presentavano sistemi di binari di guida in legno senza un cricchetto di sicurezza in ferro (che era lentamente caduto in disgrazia come dispositivo di sicurezza preferito). La "Guida dell'elevatore" del 1888 di Graves (brevetto USA n. 394,768) raffigurava una rotaia di guida in legno massello abbracciata su tre lati dalle sue guide migliorate, che impiegavano una serie di molle che consentivano ai pattini di guida piatti di flettersi e muoversi mentre viaggiavano lungo la rotaia (Figura 5).

L'uso di montanti metallici cilindrici o tubolari che trasportavano binari di guida in legno era apparentemente diventato popolare verso la metà degli anni '1890. Nel 1895, Martin Christopherson brevettò un "dispositivo di bloccaggio del montante di guida per ascensori" (brevetto USA n. 532,414). Notò che le "strisce guida" di legno erano "solitamente fissate in qualsiasi modo conveniente a pali di guida tubolari", che erano "fatti in sezioni di una lunghezza corrispondente alla distanza da un piano di un edificio all'altro, e ad ogni piano, queste sezioni [erano] fissate ad una trave disposta trasversalmente” (Figura 6).

Il brevetto di Christopherson è stato uno dei primi a descrivere l'uso di travi a I in acciaio nel pozzo, riflettendo i cambiamenti nella costruzione degli edifici associati all'ascesa del grattacielo. Ha inoltre osservato:

“Il modo consueto di fissare le travi a I ai montanti di guida consiste nel praticare fori nelle flange delle travi e fori simili in sporgenze o alette dai montanti di guida, quindi fissare i montanti alle travi. . . . Una tale costruzione è relativamente costosa e fastidiosa, perché spesso accade che i montanti e le strisce di guida debbano essere regolati in posizione nel portello o nel pozzo dell'ascensore e che tale regolazione disallinea i fori e, di conseguenza, devono essere nuovi fori. formato per i bulloni”.

Il sistema di bloccaggio di Christopherson avrebbe consentito una facile regolazione dei montanti di guida secondo necessità.

Anche la "Guida per ascensore" di Francis Bates del 1899 (brevetto USA n. 622,792) utilizzava binari di guida tubolari. Tuttavia, ha omesso le strisce di guida in legno e ha proposto di utilizzare un solido binario di guida in metallo (Figura 7). Il testo del suo brevetto fornisce spunti interessanti sulle differenze tra il design del binario di guida merci e passeggeri:

“Sono consapevole che sono stati utilizzati tubi cavi o tubi per la guida di montacarichi per scopi edilizi, per il trasporto di mattoni, malta, ecc.; ma allo scopo di guidare gli ascensori passeggeri, dove il minimo rumore stridente o stridente è sgradevole a causa del fastidio per le persone timide e nervose che viaggiano nella cabina dell'ascensore, nonché per coloro che occupano stanze adiacenti al pozzo dell'ascensore, tali tubi o i tubi non solo sono discutibili, ma il loro uso sarebbe assolutamente vietato, a causa dei riverberi di tali corpi cavi e dei suoni di tintinnio e raschiamento prodotti dai pattini di guida dell'auto di passaggio, a causa delle qualità risonanti dei tubi o dei tubi.

Bates sosteneva che il suo uso di tubi di metallo solido presentava i seguenti vantaggi: avevano "una maggiore rigidità a un peso notevolmente ridotto, riducendo così i costi iniziali e il trasporto", "una superficie di usura molto più ampia", erano "più facili da maneggiare e montare, "erano "non risonanti sotto lo sfregamento delle guide delle auto" e richiedevano "meno bulloni al pozzo dell'ascensore".

Un approccio più normativo alla progettazione di guide metalliche è stato proposto da George Reynolds nella sua "Elevator-Guide" del 1896 (brevetto USA n. 559,539). Ha osservato: "Finora, dove sono state utilizzate guide metalliche per guidare la gabbia di un ascensore, è stato comune utilizzare una normale barra di ferro T mercantile". Tuttavia, tale forma si era “dimostrata discutibile, perché nel tempo, per usura”, si erano formate delle “spalle” distinte per il progressivo logoramento dello spessore del velo dovuto all'azione delle guide. Ciò ha aumentato "l'attrito con il pezzo guida sulla gabbia", limitato "il gioco della gabbia lateralmente" e "indebolito l'anima della rotaia". Reynolds propose di utilizzare binari in cui "la testa dell'anima è ispessita verso il bordo esterno, essendo di spessore normale alla sua giunzione con le flange o la porzione di base" (Figura 8). I lati della "porzione ispessita" del nastro potevano essere "lavorati o piallati nella misura necessaria per ottenere lo spessore e il parallelismo desiderati, in modo da ricevere le facce delle normali pinze senza indebolire indebitamente il nastro". Nel 1896, Godfrey Rebmann brevettò un binario di guida che ricordava il design di Reynolds e presentava un collo stretto e scanalature verticali nel binario a forma di T in acciaio (Figura 9).

La progettazione di guide e binari di guida nel XIX secolo ha anche spinto allo sviluppo di dispositivi aggiuntivi volti a garantire la scorrevolezza delle auto. Questi sistemi includevano oliatori o lubrificatori automatici per binari di guida. Il primo sistema di lubrificazione è stato brevettato nel 19 e, finora, sono stati trovati altri otto brevetti del XIX secolo. Un futuro articolo esplorerà questi primi progetti, nonché il crescente interesse per questi sistemi durante il primo quarto del XX secolo. (Finora sono stati individuati 1888 brevetti per sistemi di lubrificazione per gli anni 19-20). Gli sforzi degli inventori e dei progettisti delle prime guide e binari di guida per ascensori - dai miglioramenti di Tufts sul sistema a cricchetto di Elisha Graves Otis al binario di guida a forma di T migliorato di Reynolds - riflettono l'ingegnosità di questi individui e forniscono ulteriori approfondimenti sulla produzione , costruzione e funzionamento dei primi ascensori.