Ascensori a fune

I progetti di Otis di inizio XX secolo per una guida per ascensori unica hanno plasmato il moderno ascensore a trazione.

L'invenzione di nuovi sistemi di ascensori ha spesso seguito una traiettoria di sviluppo distinta: gli inventori perseguono un percorso principale o primario che comprende quello che alla fine diventa il sistema standard, mentre contemporaneamente perseguono uno o più percorsi paralleli secondari. Questi percorsi secondari, che possono essere pensati come variazioni sul tema principale, sono spesso mossi da un desiderio quasi ossessivo di risolvere quelle che vengono percepite come criticità legate al nuovo sistema. Queste attività sono in genere esercizi di progettazione brevi e altamente focalizzati che occasionalmente producono i propri sistemi unici (e spesso sovraprogettati). Tale è stato il caso nello sviluppo del moderno ascensore a fune. Sembra che la semplicità del concetto iniziale - un sistema di cavi che collegano l'auto e i contrappesi e che passano sopra e intorno alle pulegge di trazione - abbia suscitato una serie di preoccupazioni per lo slittamento del cavo e l'usura dovuta all'eccessivo attrito, nonché preoccupazioni per il collegamento diretto velocità del motore elettrico e la velocità associata della puleggia motrice. Una soluzione proposta a questi problemi era l'ascensore a fune.

Due dei primi brevetti per ascensori a fune sono stati assegnati a Norman C. Bassett, un ingegnere della Thomson-Houston Electric Co.: "Gearing for Elevators", brevetto USA n. 483,203 (27 settembre 1892) e "Gearing for Elevators, ” Brevetto USA n. 485,163 (1 novembre 1892). Le domande per entrambi i brevetti furono depositate l'11 ottobre 1890; così, Bassett ha visto i suoi brevetti come articolare variazioni di un'invenzione comune. Il progetto di Bassett si basava sulla convinzione che, con gli ascensori a fune, “una delle principali difficoltà. . . deriva dall'eccessiva perdita per attrito, che è inevitabile quando il peso del carico totale è portato a gravare sull'indotto del motore o su altre parti veloci ad esso collegate.^[1]

Bassett ha descritto la sua soluzione a questo problema come "un meccanismo efficace e silenzioso per trasmettere la potenza e ridurre l'alta velocità del motore alla velocità relativamente bassa dell'auto".^[1] Ha realizzato ciò posizionando il motore elettrico e la puleggia motrice adiacenti alla puleggia di sollevamento in modo tale che la puleggia motrice alimentasse un "dispositivo fune e puleggia" collegato al contrappeso (Figura 1). Il dispositivo fune-puleggia movimentava il contrappeso e, così, l'auto, in paccording a Bassett, trasferì di fatto la “porzione principale del carico” dalla puleggia motrice “rapida” alla puleggia alzante “lenta”, così riducendo “notevolmente” la “perdita per attrito e usura”.^[1] Il suo secondo brevetto descriveva il "meccanismo di trasmissione di potenza" come un "dispositivo a fune differenziale" (Figura 2).^[2] È interessante notare che, in entrambi i brevetti, Bassett ha usato costantemente la parola "tamburo" quando si riferiva alle pulegge di trazione.

Il concetto di ascensore a fune di Bassett apparentemente attirò poca attenzione fino all'inizio del XX secolo, quando Otis si interessò a questa versione alternativa dell'ascensore a fune. Il 20 gennaio 7, Rudolf C. Smith, uno dei principali ingegneri di Otis, ha presentato una domanda per "Rope-Drive for Elevators", brevetto statunitense n. 1903, che è stato assegnato il 789,765 maggio 16. In esso, Smith chiaramente ha espresso la sua consapevolezza del design di Bassett:

“La presente invenzione riguarda un azionamento a fune per ascensori elettrici e non, con lo scopo di fornire un apparato semplice ed efficace con un minimo di attrito e conseguente minimo di usura. La presente invenzione è una modifica del dispositivo mostrato nel brevetto USA n. 483,203, datato 27 settembre 1892, concesso a Norman C. Bassett. La presente invenzione descrive una disposizione di carrucole per una trasmissione a fune in combinazione con una cabina che è collegata ad un contrappeso mediante cavi aggiuntivi indipendenti in modo tale che solo una parte frazionaria del carico squilibrato deve essere superata quando messo in moto dal motore”.^[3]

Come nel caso di Bassett, Smith collegò l'auto e il contrappeso tramite un semplice sistema di cavi e pulegge, azionato da un motore elettrico collegato a una puleggia motrice che azionava un sistema secondario (Figura 3). Ha descritto il suo sistema secondario come "due serie di blocchi e paranco multipli o di riduzione", che agivano in direzioni opposte e, quindi, erano in grado di alzare o abbassare il contrappeso e l'auto.^[3] Secondo Smith:

“Risulterà evidente che il carico da sollevare o abbassare è solo la differenza tra la vettura e il suo carico e il contrappeso, e che secondo l'entità dell'azione riducente dei bozzelli e del paranco, si riduce il tiraggio sul motore , mentre lo stesso può ruotare ad alta velocità.”^[3]

Il brevetto di Smith è stato il primo di una serie perseguita dagli ingegneri Otis. Il livello di interesse dell'azienda per lo sviluppo di questo tipo di sistema è indicato dalle ulteriori 10 domande di brevetto per la trasmissione a fune depositate tra il 1903 e il 1909. Quattro domande sono state depositate sia nel 1906 che nel 1908; quindi, il periodo di punta della ricerca sembra essere stato dalla fine del 1905 all'inizio del 1909. Tuttavia, per tracciare accuratamente questa traiettoria di ricerca è necessario utilizzare la data di domanda dei brevetti. (L'intervallo di tempo tra la domanda e l'assegnazione variava da sette mesi a sei anni). Pertanto, il seguente sondaggio selezionato di questi brevetti non segue la sequenza in cui sono stati assegnati i brevetti, ma l'ordine in cui sono state depositate le loro domande (tabella 1).

Il progetto trovato nel brevetto di Ernest Boening "Friction-Rope-Drive Elevator", brevetto USA n. 932,432 (31 agosto 1909), seguiva il paradigma stabilito da Bassett e Smith e impiegava pulegge di azionamento e sollevamento separate collegate da pulegge e funi intermedie. Uno degli obiettivi di Boening era quello di "fornire un mezzo semplice ed efficiente per mantenere automaticamente la tensione sulle funi di guida di tali ascensori".^[4] Il suo progetto si basava sull'uso di un "blocco a cerniera" per ottenere il "contatto di attrito" necessario tra le funi e la puleggia motrice. In equilibrio sopra il blocco cerniera c'era una trave di supporto che portava le pulegge di sollevamento e secondarie. (Il motore e le pulegge di trasmissione erano posizionate direttamente sotto la puleggia secondaria.) La trave di supporto presentava anche massicce molle alle due estremità destinate a "assorbire" eventuali scossoni o vibrazioni che si verificavano. Boening descrisse il suo progetto come "un sistema di leva inclinabile" che produceva automaticamente "una sollecitazione sull'anello della fune o delle funi che si trovano tra la puleggia motrice e la puleggia soprastante".^[4] Credeva che il "contatto di attrito o tensione" risultante sarebbe stato "proporzionale al peso dell'auto e al suo carico".^[4] La complessità del suo schema è chiaramente indicata nelle due versioni che impiegavano contrappesi (Figura 4).

L'"elevatore a fune" di John D. Ihlder, brevetto statunitense n. 1,016,691 (6 febbraio 1912) offriva una soluzione di progettazione molto più semplice, che in qualche modo assomigliava a un sistema di trazione normativo. Secondo Ihlder:

“Il modo usuale di guidare l'auto è stato finora quello di condurre la fune motrice attorno alla puleggia motrice e da lì attorno alla puleggia allentata, di nuovo al contrappeso. . . . Ciò produce una sollecitazione molto pesante sui cuscinetti della puleggia motrice o del tamburo, nonché sulla puleggia allentata o in tensione.

Questo "sforzo pesante" è stato alleviato separando le pulegge di sollevamento e guida e impiegando più funi. Tuttavia, a differenza dei progetti precedenti, questo sistema utilizzava un insieme relativamente semplice di componenti aggiuntivi (Figura 5). In effetti, Ihlder ha notato che il suo design non era così complesso come appariva nei suoi disegni:

“Per facilitare il tracciamento delle diverse funi, ho mostrato le pulegge di diverso diametro, rispettivamente, e le ho designate come se fossero, in ogni caso, covoni separati. Va inteso, tuttavia, che le pulegge sono sostanzialmente dello stesso diametro e fissate tra loro; oppure, dette pulegge possono essere una sola, con doppia scanalatura per le funi. [Il sistema è stato progettato per] alleviare la sollecitazione dei mezzi di trasmissione di potenza sull'apparato di guida ad attrito [e per fornire un efficace] mezzo per contrastare la sollecitazione sui cuscinetti della puleggia motrice e della puleggia di tensione dell'apparato dell'ascensore di trazione. "^[5]

È forse un po' sorprendente che i successivi otto brevetti si riferissero principalmente a variazioni sul design di Boening (piuttosto che su quello di Ihlder). Le prove che rivelano l'attenzione di Otis sullo schema più complesso del blocco cerniera sono anche accompagnate da accenni che molte di queste macchine potrebbero essere state effettivamente costruite (se non altro nelle strutture di test di Otis). L'"ascensore a fune" di David Lindquist e August Sundh, brevetto statunitense n. 987,384 (21 marzo 1911) è stato descritto come un miglioramento dei sistemi di ascensori "a trazione o ad azionamento diretto". Il progetto aveva gli obiettivi integrati di fornire un "mezzo semplice ed efficace per produrre la tensione necessaria sui cavi di azionamento della trazione" e fornire un "mezzo per distribuire la tensione sui cavi di azionamento sui lati opposti della puleggia di azionamento della trazione".^[6] Ciò è stato ottenuto utilizzando l'auto e il contrappeso per produrre la tensione richiesta sulle funi della puleggia di sollevamento, con l'auto anche controbilanciata per tenere conto delle variazioni di carico. Un “punto di articolazione” e una trave (simile al blocco-cerniera di Beoning) è stato anche impiegato per fornire “un mezzo semplice ed efficiente per dare la trazione necessaria in tutte le condizioni di carico senza in alcun modo complicare il sistema di fune o impiegare pesi aggiuntivi. "^[6] L'affermazione degli inventori secondo cui questo design costituisce una soluzione semplice è, ovviamente, discutibile. Tuttavia, implicavano chiaramente che il loro progetto era stato costruito e testato. Hanno affermato che il loro ascensore aveva "dimostrato nella pratica" sia la sua efficienza che un ulteriore vantaggio: apparentemente ha aiutato a "superare" la tendenza dell'auto a "balzare" (o rimbalzare verso l'alto) quando si fermava improvvisamente.

L'ultimo brevetto in questa sequenza è stato "Rope-Drive Elevator" di Lindquist, brevetto USA n. 931,935 (24 agosto 1909). Lindquist ha caratterizzato il suo design in termini familiari:

“Lo scopo di questa invenzione è aumentare automaticamente questo contatto di attrito in diverse parti dell'operazione. Durante la maggior parte del funzionamento di un ascensore di questo tipo, è necessario avere solo una tensione sufficiente sulle funi motrici per evitare lo scivolamento delle funi sulla puleggia motrice quando quest'ultima è ferma o per trascinare un carico leggero sulla cabina. Con la mia invenzione, questa tensione e il conseguente attrito sono aumentati ogni volta che il carico nella macchina è aumentato, e questo aumento di attrito può, mediante un'adeguata disposizione delle parti, essere reso proporzionale a tale aumento di carico.^[7]

È forse appropriato che questo schema finale sembri combinare la semplicità del design di Ihlder con la complessità di Beoning, con quest'ultima vista nella disposizione a forma di torta nuziale di blocchi di cardini, leve di inclinazione, molle e pulegge primarie e secondarie e corde (Figura 7).

La qualità premurosa, concentrata, silenziosamente ossessiva e idiosincratica degli ascensori a fune di Otis parla di un tentativo dedicato di risolvere un problema apparentemente semplice con i mezzi più complessi possibili. La serietà di questa ricerca è rivelata dal fatto che molti dei brevetti includono spiegazioni matematiche dettagliate del funzionamento dell'ascensore. Tuttavia, rimane difficile immaginare che il talentuoso gruppo di ingegneri di Otis abbia effettivamente immaginato che queste macchine venissero impiegate negli edifici americani e nei vani degli ascensori esistenti. Potrebbe quindi essere appropriato considerare queste esplorazioni come l'equivalente ingegneristico di un "esperimento mentale", un concetto filosofico tipicamente definito come "un dispositivo dell'immaginazione utilizzato per indagare sulla natura delle cose".^[8]

Referenze

[1] Norman C. Bassett, "Gearing for Elevators", brevetto USA n. 483,203 (27 settembre 1892)
[2] Norman C. Bassett, "Gearing for Elevators", brevetto USA n. 485,163 (1 novembre 1892).
[3] Rudolf C. Smith, "Rope-Drive for Elevators", brevetto USA n. 789,765 (16 maggio 1905).
[4] Ernest Boening, "Ascensore a fune a frizione", brevetto USA n. 932,432 (31 agosto 1909).
[5] John D. Ihlder, "Ascensore a fune", brevetto USA n. 1,016,691 (6 febbraio 1912).
[6] David Lindquist e August Sundh, "Rope-Drive Elevator", brevetto USA n. 987,384 (21 marzo 1911).
[7] David Lindquist, "Ascensore a fune", brevetto USA n. 931,935 (24 agosto 1909).
[8] James Robert Brown e Yiftach Fehige. "Esperimenti di pensiero", The Stanford Encyclopedia of Philosophy (edizione autunno 2014), Edward N. Zalta (ed.).