Ascensori idraulici in Europa e negli Stati Uniti

In questo articolo di storia, apprendiamo che la tecnologia VT è stata una storia internazionale fin dall'inizio.

La storia della tecnologia del trasporto verticale (VT) è stata fin dall'inizio una storia internazionale. Per tutto il 19° secolo, ingegneri, inventori e produttori in Europa e negli Stati Uniti erano a conoscenza delle reciproche attività attraverso articoli pubblicati su riviste tecniche, record di brevetti e viaggi. Tuttavia, sebbene non fosse insolito per la stampa tecnica di un paese riferire di un evento accaduto al di fuori dei propri confini, gli studi comparativi internazionali erano rari. Uno dei primi studi di questo tipo fu pubblicato nel 1883. Die Hebezeuge (montacarichi), dell'ingegnere tedesco Adolf Ernst (1845-1907), conteneva un ampio esame di gru, ascensori industriali, montacarichi e ascensori per passeggeri in Germania, Francia, Inghilterra e Stati Uniti Questo esame riguardava un'ampia gamma di tecnologie di ascensori, compresi i sistemi idraulici, e costituisce una lente intrigante attraverso la quale guardare il passato.

L'interesse di Ernst per questo argomento si è sviluppato all'inizio della sua carriera. Dopo essersi diplomato al liceo nel 1863, piuttosto che perseguire il suo interesse per l'ingegneria meccanica all'università, entrò nel mondo del lavoro e prese una posizione presso la Weber Maschinenfabrik di Berlino. Dopo un anno e mezzo di lavoro, decise di continuare la sua formazione presso una scuola commerciale locale, il Gewerbeinstitut di Berlino, che forniva formazione agli specialisti della produzione. La sua formazione fu interrotta nel 1866 dal servizio militare durante la guerra austro-prussiana. Nel 1868 entra a far parte della E. Becker Maschinenfabrik di Berlino. Anche Eduard Becker (1832-1913) era stato impiegato presso la Weber Maschinenfabrik. Se ne andò nel 1866 per fondare la propria azienda, che presto si affermò come leader nella produzione di montacarichi e montacarichi industriali. Questa è stata l'introduzione formale di Ernst al mondo di VT. Tuttavia, sebbene questa esperienza abbia avuto un impatto significativo sul giovane ingegnere, è partito dopo solo un anno per recarsi in Inghilterra, dove aveva in programma di lavorare e migliorare le sue abilità linguistiche. Mentre era lì, ha lavorato per due società associate all'industria ferroviaria.

Nel 1870, la morte della madre lo costrinse a tornare in Germania. Lì si unì alla Maschinenfabrik von L. Schwartzkopff di Berlino, specializzata nella costruzione di locomotive. Tuttavia, lo scoppio della guerra franco-prussiana a metà del 1870 lo richiamò al servizio militare. Ernst è stato ferito due volte durante la guerra, con il suo secondo infortunio che ha provocato una condizione di salute permanente che ha richiesto cure costanti. Durante la sua lunga convalescenza iniziale, tornò a scuola, proseguendo gli studi presso il Gewerbeinstitut di Berlino. Mentre era lì, incontrò il professor Hermann Wiebe, che lo incoraggiò a proseguire lo studio degli ascensori, che portò Ernst a scrivere un'analisi critica dello sviluppo degli argani dal 1855 al 1875. Completò i suoi studi nel 1876 e prese posizione presso la facoltà del Halberstadt Gewerbeschule come insegnante di ingegneria meccanica. Dopo essersi sistemato nella sua nuova posizione, ha iniziato a lavorare su Muori Ebezeuge. La sua speranza (e obiettivo) era usare il libro come mezzo per promuovere la sua carriera. In effetti, il successo del libro fu tale che nel 1884 gli fu offerto un posto presso la Technische Hochschule (Istituto tecnico) di Stoccarda.

Muori Ebezeuge è un libro intrigante. Mentre era meglio conosciuto con il suo titolo abbreviato, il titolo completo, Teoria e critica della costruzione di paranchi (Die Hebezeuge Theorie und Kritik Ausgeführter Konstruktionen), parla della sua metodologia analitica. Il suo approccio era anche pratico. Nella parte anteriore del libro, ha ringraziato solo due persone per nome: Hermann Wiebe e il suo "insegnante in pratica, il signor E. Becker a Berlino".^[1] Questo approccio basato sulla pratica era evidente nel sottotitolo del libro: Un manuale per ingegneri e architetti e una guida all'autoapprendimento per studenti, e nelle numerose formule matematiche fornite per spiegare la logica alla base del funzionamento meccanico dei sistemi e dei componenti degli ascensori. L'approccio di Ernst era anche accademico. Il suo uso di note a piè di pagina ha dimostrato la natura accademica della sua indagine e ha permesso ai lettori di ricercare ulteriori informazioni. Infine, il libro è stato riccamente illustrato. Il testo principale presentava 306 illustrazioni e l'atlante allegato includeva 46 pagine pieghevoli riempite con circa 400 disegni.

Il contenuto sugli ascensori idraulici è stato suddiviso in due sezioni: sistemi ad azione diretta e ad azione indiretta (i primi si affidavano a uno stantuffo per spostare la cabina, mentre i secondi utilizzavano funi). Ernst ha introdotto questo argomento con l'osservazione che i sistemi diretti erano in genere più sicuri dei sistemi indiretti. I sistemi ad azione diretta sono stati descritti anche come la scelta principale per gli ascensori per passeggeri, con montacarichi che utilizzano sistemi ad azione diretta solo quando le altezze di sollevamento erano moderate o i carichi erano significativi. Questa osservazione era decisamente eurocentrica in quanto ignorava la vasta presenza di ascensori per passeggeri a vapore americani e il sistema passeggeri ad azione indiretta di William E. Hale.

La sua discussione sui sistemi ad azione diretta è iniziata con una breve panoramica del lavoro pionieristico dell'ingegnere francese Félix Léon Edoux (1827-1910). Ernst ha riconosciuto che "i semplici ascensori per passeggeri ad azione diretta sono diventati noti solo a circoli più ampi del continente attraverso l'ascensore installato da Edoux per l'Esposizione mondiale di Parigi del 1867".^[1] Mentre questo evento ha portato a questo tipo di ascensore spesso descritto come impiegante il Système Edoux, Ernst ha anche notato che gli ascensori che agiscono in regia erano stati in uso nei grandi hotel inglesi prima del 1867. Il suo esempio di un ascensore che impiega il Système Edoux era, forse sorprendentemente, non francese, ma tedesco: descrisse un ascensore per passeggeri progettato nel 1880 da Emil Blum, direttore dell'Anhaltischen Maschinenbau Aktien Gesellschaft di Berlino. L'auto era attaccata a uno stantuffo diretto il cui movimento era controllato da una fune fissata a una valvola operativa alla base del pozzo (Figura 1).

Ernst si riferiva alla valvola operativa come a un "controllore a pistone bilanciato" e affermava che il progetto era nato dalla ditta americana Lane and Bodley.^[1] Una probabile fonte per la conoscenza di Blum della valvola di Lane e Bodley è stata l'ampia relazione sugli ascensori dell'ingegnere austriaco Alois Riedler esposta all'Esposizione del Centenario degli Stati Uniti (Ernst ha anche citato questo rapporto nelle sue note a piè di pagina).^[2] Un confronto tra le due valvole rivela una chiara somiglianza nel design (Figura 2). Il progetto di Blum utilizzava anche contrappesi in ghisa per compensare il “peso morto dello stantuffo” (Figura 3).^[1] Due contrappesi erano fissati all'auto mediante catene, il cui peso includeva Blum (mentre passavano avanti e indietro sui covoni) nella formula che determinava la dimensione del contrappeso. Un aspetto del sistema solo brevemente menzionato nel testo, ma che è stato oggetto di quattro disegni, erano le rotaie di guida e le guide dei rulli delle auto. Le rotaie di guida in metallo a forma di T erano fissate a montanti di legno incorporati nelle pareti in muratura del pozzo e le guide a rulli abbracciavano entrambi i lati delle rotaie (Figura 4).

Ernst riconobbe che un aspetto critico del design dei sistemi ad azione diretta che impiegavano contrappesi era garantire una forte connessione tra lo stantuffo e l'auto. Ha fatto riferimento a un incidente del 1878 a un ascensore idraulico nel Grand Hotel di Parigi, dove l'auto si è staccata dal pistone, è stata trasportata verso l'alto dai contrappesi, si è schiantata contro la parte superiore del pozzo e poi è caduta sul fondo, uccidendo tutti a bordo. Pur affermando che questi ascensori, se ben progettati, erano sicuri, notava che un sistema ad azione diretta inventato dagli ingegneri francesi Emile Heurtebise e Ferdinando Tommasi eliminava questo problema perché non si basava su un contrappeso. Il loro design utilizzava un cilindro compensatore per bilanciare il peso dell'auto e dello stantuffo. Ernst ha anche commentato la rapida adozione di questo sistema in tutta la Francia: l'ascensore è stato brevettato nel 1879, e nel 1881 ce n'erano "trenta a Parigi, sette a Nizza e diversi a Montecarlo, Cannes, Lione, Luchon, Angers, Barcellona, ecc.”^[1] È interessante notare che non ha discusso di un'installazione reale. La sua descrizione e le illustrazioni allegate si riferivano alla macchina in modo generale (Figura 5).

La sua discussione sugli ascensori idraulici ad azione indiretta è iniziata con un avvertimento schietto. Queste macchine erano opzioni praticabili solo se l'utente (o il progettista) era disposto a "fare a meno" della "sicurezza offerta dal supporto diretto dell'auto da parte dello stantuffo".^[1] I principali vantaggi dei sistemi ad azione indiretta includevano costi inferiori (nessuna perforazione o installazione interrata) e flessibilità di progettazione perché il cilindro idraulico poteva "essere installato in qualsiasi posizione desiderata".^[1] Le decisioni critiche di progettazione riguardavano il numero di pulegge e la natura del sistema di funi. Ernst descrisse e illustrò per la prima volta una delle prime e più semplici macchine ad azione indiretta, progettata dall'ingegnere austriaco Anton Freissler (1838-1916) per l'uso e l'esposizione all'Esposizione mondiale di Vienna del 1873. Il sistema impiegava un cilindro idraulico snello situato immediatamente adiacente all'albero. Lo stantuffo era collegato a una fune di sollevamento che passava su un'unica puleggia. L'auto era inoltre dotata di un fermo di sicurezza in caso di rottura della fune (Figura 6).

L'ascensore idraulico a fune di William E. Hale è stato discusso come un'alternativa americana e come una versione migliorata del progetto di Freissler (Figura 7). I principali vantaggi erano il cilindro idraulico chiuso e la presenza di un contrappeso situato nella parte superiore dello stantuffo. Queste caratteristiche compensavano il peso dell'auto e aiutavano a prevenire la perdita di potenza durante la salita e la discesa dell'auto. È interessante notare che, poiché a quanto pare si basava principalmente sul rapporto di Riedler per informazioni sui progetti americani, Ernst non era a conoscenza del fatto che nel 1880 l'ascensore di Hale fosse commercializzato (e meglio conosciuto) come ascensore idraulico standard di Otis.

Ernst continuò la sua discussione sui sistemi ad azione indiretta con un breve esame di un ascensore progettato da F. Witte nel 1874 per l'edificio del Reichspost a Berlino. L'ascensore impiegava un breve cilindro idraulico verticale e due serie di pulegge (Figura 8). Ha concluso la sua discussione sui sistemi ad azione indiretta con una presentazione comparativa di due macchine orizzontali. Ernst ha discusso per la prima volta del motore dell'ascensore idraulico orizzontale di Lane & Bodley. Ancora una volta, la sua fonte principale era Riedler, che aveva descritto e illustrato una macchina che presentava una serie di pulegge rimovibili che potevano essere impiegate quando era necessaria una maggiore potenza di sollevamento (Figura 9). Ernst ha affermato che questa idea era stata sviluppata da due ingegneri inglesi, Bryan Johnson e Edward B. Ellington, nella progettazione di un montacarichi idraulico verticale.^[3] Ernst ha elogiato lo "sfruttamento americano del brevetto inglese" e ha affermato che il design Lane & Bodley era "da preferire in quanto i rulli spenti dalla moltiplicazione della corsa sono completamente fermi e non aumentano inutilmente la resistenza della fune" come avvenuto nel design inglese.

Il secondo esempio di macchina orizzontale ad azione indiretta era un ascensore tedesco che Ernst sosteneva essere basato sul progetto di Lane & Bodley. La macchina era stata progettata da Blum e costruita dall'Anhaltischen Maschinenbau Aktien Gesellschaft per fungere da ascensore bagagli nell'hotel ferroviario di Berlino. Ernst ha anche riferito che questo sistema utilizzava una versione del "tamburo di sicurezza con regolatore centrifugo introdotto da Otis Brothers a New York per l'uso su ascensori a vapore".^[1] Le funi collegate al motore idraulico azionavano il moto del tamburo di sicurezza, che portava due funi di sollevamento. Sfortunatamente, Ernst non ha illustrato l'intero sistema; tuttavia, ha fornito un disegno della versione di Blum del tamburo di sicurezza Otis (Figura 10). Ernst ha anche offerto una valutazione di questa sicurezza, osservando che mentre il sistema “evita il superamento della normale velocità di abbassamento … Va da sé che l'ingombrante dispositivo di freno centrifugo Otis può essere sostituito con vantaggio dai più recenti, migliorati e semplificati regolatori del freno centrifugo ” progettato da Bernhard Stauffer e Eduard Becker.^{[1, 4]} Entrambi i progetti tedeschi si basavano sul movimento centrifugo per spingere le ganasce dei freni contro la superficie interna di un alloggiamento circolare. La sicura Becker era fissata alla piattaforma di sollevamento e la sua velocità di rotazione era regolata da un pignone che ingranava con una cremagliera verticale che estendeva l'altezza dell'albero (Figura 11).

L'analisi comparativa e critica di Ernst degli ascensori idraulici è coerente con l'approccio che ha impiegato in tutto Muori Ebezeuge. Un progetto futuro prevede un esame dell'accuratezza delle sue critiche e affermazioni riguardanti i presunti attributi e limitazioni dei vari sistemi. Uno sforzo correlato comporta un'analisi delle numerose formule trovate in tutto il libro. Indagini multinazionali come questa erano insolite e la sua esistenza serve a ricordare la capacità degli ingegneri del XIX secolo di mantenere la comprensione e la consapevolezza degli eventi al di fuori del loro immediato ambiente. Mentre la velocità con cui le informazioni viaggiavano alla fine del 19 era molto più lenta di oggi, viaggiava ed era prontamente disponibile per coloro che erano disposti a cercarla.

Referenze

[1] Adolf Ernst, Die Hebezeuge Theorie und Kritik Ausgeführter Konstruktionen, Berlino: Verlag von Julis Springer (1883).
[2] Alois Riedler, Personen- und Lastenaufzüge und Fördermaschinen, Vienna: Commission-Verlag von Faesy & Frick (1877)
[3] Bryan Johnson & Edward B. Ellington, gru idrauliche, brevetto britannico n. 3,409 (15 febbraio 1870).
[4] Bernhard Stauffer, Regulator an Aufzügen, brevetto tedesco n. 2,798 (17 febbraio 1878) e Eduard Becker, Neuerungen an Centrifugalbremsen, brevetto tedesco n. 7,205 (6 aprile 1879).