La storia degli ascensori senza operatore: sistemi di controllo del traffico (prima parte)

Il ruolo degli operatori degli ascensori diminuisce man mano che i sistemi diventano sempre più automatizzati.

La prima fase dello sviluppo dell'ascensore senza operatore iniziò nell'ultimo decennio del XIX secolo e si protrasse fino al primo decennio del XX secolo. Questo sforzo ha prodotto una macchina che ha soddisfatto le esigenze dei proprietari di abitazioni private - dove è stata impiegata per la prima volta - e di piccoli condomini. Quest'ultimo utilizzo ha portato a identificare queste macchine come utilizzanti un sistema di funzionamento a "controllo del segnale". Mentre, prima dell'invenzione del controllo a pulsante, i passeggeri in attesa premevano un pulsante di atterraggio. Questa azione ha inviato un segnale all'operatore dell'auto, facendogli sapere che doveva fermarsi a un determinato piano. Pertanto, il potenziale passeggero dipendeva dall'operatore per portare loro l'auto. La frase "controllo del segnale" indicava che i passeggeri non facevano più affidamento sull'operatore, poiché il funzionamento dell'ascensore era controllato dal sistema a pulsanti. Sebbene questo sistema soddisfi le esigenze degli edifici con esigenze di traffico leggero, il suo potenziale per servire edifici più grandi con ascensori a trazione ad alta velocità ha portato alla fase successiva nello sviluppo di ascensori senza operatore, una fase che, paradossalmente, si basava anche sugli operatori.

Ancora una volta, Otis è stato tra i leader in questo sforzo; il loro team di progettazione era guidato da David L. Lindquist e comprendeva Edward L. Dunn e David C. Larson. Lindquist (1874-1944), nato in Svezia e formatosi alla Technische Hochschule (Università tecnica) di Charlottenburg, Germania, emigrò negli Stati Uniti nel 1902. Nel 1904 entrò a far parte di Otis e nel 1910 aveva assunto il ruolo di capo ingegnere. Durante la sua lunga carriera, ha svolto un ruolo significativo nello sviluppo del moderno ascensore. Anche Larson (1883-1971) emigrò dalla Svezia (arrivò negli Stati Uniti nel 1900) e si unì a Otis nel 1904. Prima di entrare in Otis nel 1920, Dunn (1868-1946) aveva lavorato per la Burdett Rountree Manufacturing Co. (Chicago) e la Standard Plunger Elevator Co. (Worcester, Massachusetts). Il team ha iniziato il proprio lavoro nei primi anni '1920, uno sforzo che ha prodotto sei brevetti. I brevetti costituivano tre gruppi distinti e riguardavano tre varianti di un sistema di ascensore automatico. La prima serie è stata originariamente depositata come domanda unica il 3 febbraio 1925 e successivamente è stata suddivisa in tre brevetti, due dei quali riguardavano la progettazione complessiva del sistema e uno riguardava un meccanismo di commutazione (i brevetti furono concessi nel 1930 e nel 1933).^[1]

Il progetto complessivo era basato sulla fornitura di un sistema di ascensore automatico che, pur utilizzando un operatore, limitasse le proprie responsabilità alla pressione dei pulsanti del piano per i passeggeri, alla chiusura e all'apertura delle porte di cabina e di piano e all'avvio dell'ascensore. L'auto si è fermata automaticamente per far salire i potenziali passeggeri (in risposta alle chiamate in sala) e si è fermata automaticamente ai piani selezionati dall'operatore. Il sistema è stato progettato anche per segnalare a un passeggero in attesa di un'auto che si avvicina al piano nella direzione di marcia desiderata. Il segnale è stato attivato solo dal pulsante di chiamata in sala; tuttavia, se l'auto non si è fermata in risposta a una richiesta del pulsante di chiamata, ad esempio, si è fermata per scaricare un passeggero, non è stato fornito alcun segnale di arrivo. Infine, il sistema è stato progettato in modo che solo un'auto in una fila di auto si fermerebbe a un piano in risposta a una chiamata.

I componenti del sistema sono stati delineati in un disegno schematico che illustrava il progetto applicato a una fila di due ascensori (Figura 1). I componenti critici includevano i pannelli di controllo dei singoli ascensori, un pannello di controllo principale (il pannello di arresto e segnalazione), le macchine di selezione del piano e gli interruttori di livellamento. Quest'ultimo riflette il recente sviluppo dei sistemi di livellamento automatico, progettati per migliorare il funzionamento degli ascensori ad alta velocità. Un "interruttore di direzione" comunicava la direzione di movimento della cabina al pannello di controllo principale. Il vano era dotato di “camme deviatrici” ai piani terminali che invertivano automaticamente il senso di marcia della cabina. Questo design includeva anche un componente che rifletteva la sua posizione a metà strada tra i sistemi controllati dall'operatore e quelli automatici. La cabina era dotata di un pannello di segnalazione, che segnalava all'operatore quali pulsanti di piano erano stati premuti e la direzione di marcia desiderata (Figura 2). Dato il funzionamento automatico del sistema, tuttavia, questa sembrerebbe essere una caratteristica ridondante.

Una nuova caratteristica importante trovata nell'auto era la scatola di comando dell'auto o il pannello di controllo dell'ascensore. Sebbene l'ascensore fosse in grado di funzionare automaticamente, la molteplicità delle funzioni incluse nel pannello rivelava la riluttanza degli inventori a rimuovere completamente l'operatore dalla cabina, in particolare nei grandi edifici dotati di macchine di trazione ad alta velocità. La scatola di comando della cabina comprendeva un interruttore di sicurezza, un interruttore di emergenza, un interruttore del motore ausiliario, un interruttore di bassa velocità, un interruttore non-stop, un interruttore di avviamento, un interruttore della luce e un volantino (montato nella parte superiore della scatola) (Figura 3). L'interruttore di sicurezza veniva utilizzato per fermare l'auto in caso di emergenza; quando attivato, interrompeva l'alimentazione al motore principale e applicava automaticamente un freno dinamico per rallentare la velocità dell'auto, dopodiché veniva applicato un freno meccanico per fermare l'auto. L'interruttore di emergenza, a cui si accedeva rompendo una copertura in vetro, consentiva all'ascensore di funzionare con le porte di cabina e di piano aperte. Era destinato all'uso in caso di emergenza, come un incendio, in cui le porte potrebbero non funzionare. L'interruttore del motore ausiliario ha spostato il funzionamento della cabina sul motore secondario utilizzato per livellare la cabina al piano (quando una cabina si avvicinava a un piano, il motore principale si spegneva automaticamente e il motore ausiliario veniva attivato). Questo interruttore è stato utilizzato come ulteriore sicurezza in caso di guasto del motore principale.

L'interruttore a bassa velocità consentiva di far funzionare l'auto a velocità dimezzata e poteva essere utilizzato per moderare o regolare il traffico dell'ascensore e l'intervallo tra le auto. L'interruttore non-stop consentiva all'operatore di aggirare i piani e di spostarsi rapidamente a un piano del terminal (questo veniva tipicamente utilizzato quando la cabina era piena e non poteva ospitare passeggeri aggiuntivi). L'interruttore o leva di avviamento aveva quattro posizioni: spento o folle (se la leva veniva rilasciata tornava automaticamente in posizione spento), avviamento, chiusura e apertura. Quando l'auto arrivava a un piano, l'operatore spostava la leva a destra e apriva le porte. Dopo che tutti i passeggeri erano saliti a bordo (e avevano indicato le loro destinazioni), l'operatore avrebbe spostato la maniglia a sinistra, oltre la posizione di chiusura (chiudendo così la cabina e le porte di piano) alla posizione di partenza, e l'auto avrebbe continuato il suo viaggio. L'interruttore della luce azionava le luci interne dell'auto. Il volantino ha permesso all'operatore di invertire la direzione dell'auto spostando l'interruttore di direzione sopra l'auto. Se la cabina si trovava nel mezzo di una corsa in salita, e dopo una sosta al piano e l'operatore voleva invertire la direzione, utilizzava il volantino per comunicare il cambio di direzione al quadro di manovra.

Un altro componente critico del sistema era il selettore del piano. I primi ascensori senza operatore utilizzavano macchine a tamburo con selettori a pavimento che erano collegati al motore tramite una catena che correva tra una piccola ruota dentata montata sull'albero motore e una ruota dentata più grande montata sul selettore (quindi poteva essere tarata per rispondere al numero di giri necessari per viaggiare tra gli atterraggi). Le macchine di trazione ad alta velocità richiedevano una soluzione diversa. Il selettore di piano era situato adiacente al motore principale ed era azionato mediante due nastri in acciaio fissati alla cabina (Figura 4):

“Un nastro si estende dalla parte superiore dell'auto a una puleggia sopraelevata attorno alla quale è avvolto in un modo simile all'avvolgimento di un nastro di misurazione. L'altro nastro si estende dal fondo del vagone attorno a una puleggia di tensione e poi fino a una seconda puleggia sopraelevata su cui è avvolto in modo simile ma opposto. Le pulegge aeree provocano il funzionamento della macchina selettrice, un nastro che si avvolge mentre l'altro viene svolto nell'operazione di traino. Questa trasmissione silenziosa è positiva quanto una catena dentata e non è influenzata dallo scorrimento o dall'allungamento delle funi”.^[2]

Le pulegge aeree erano collegate al selettore di piano tramite un albero che utilizzava un collegamento ad ingranaggio conico ad un albero a vite che portava il selettore, che si interfacciava con una serie di interruttori, ciascuno dei quali corrispondeva ad un dato piano (Figura 5).

Il 21 maggio 1925, Lindquist, Dunn e Larson depositarono due nuove domande di brevetto che riguardavano una variazione del loro design del 3 febbraio (i brevetti furono concessi nel 1928 e nel 1933).^[3] Sebbene la maggior parte dei componenti del sistema fosse identica al progetto precedente, una differenza fondamentale era che questo sistema era completamente senza operatore (Figura 6). Le caratteristiche operative del progetto erano:

1. ) per far fermare automaticamente un'auto controllata da un pulsante per far salire i potenziali passeggeri che desideravano essere trasportati nella direzione in cui stava viaggiando l'auto.
2. ) fare in modo che un'auto in una banca di ascensori sopporti il ​​peso maggiore del servizio quando la domanda era bassa e far entrare in funzione altre auto quando la domanda di servizio aumentava.
3. ) per far fermare una sola cabina a un piano in risposta alla pressione di un pulsante da parte di un potenziale passeggero quando erano in funzione diverse cabine.
4. ) per far sì che almeno un'auto continuasse a funzionare fino a quando non si fosse ottenuta una risposta a tutti i pulsanti premuti.
5. ) per far tornare le carrozze ai piani selezionati dopo che è stata ottenuta una risposta a tutti i pulsanti azionati.^[4]

Le modifiche al design che riflettevano il controllo del passeggero anziché dell'operatore includevano un pannello di controllo dell'auto semplificato che presentava solo pulsanti sul pavimento, un interruttore di sicurezza e un interruttore di direzione. Il funzionamento tipico dell'auto sarebbe stato il seguente (assumendo un edificio di 10 piani): se un viaggio in salita iniziasse al primo piano con passeggeri che viaggiano al secondo, quarto e quinto piano, dopo che l'ultimo gruppo di passeggeri era sceso dall'auto, continuerebbe fino al decimo piano, a quel punto la sua direzione verrebbe automaticamente invertita dalle camme dell'interruttore del direttore, e ritornerebbe al primo piano dove rimarrebbe parcheggiata fino al momento del bisogno. Questo è stato tipicamente descritto come un sistema operativo di "controllo collettivo".

Una nuova funzionalità era un "interruttore di piattaforma mobile" o sensore di peso sotto il pavimento che registrava la presenza di passeggeri nell'auto (Figura 7). Quando un'auto era parcheggiata su un pianerottolo, le porte venivano aperte manualmente da un potenziale passeggero. Quando sono saliti in cabina, l'interruttore della piattaforma ha rilevato la loro presenza e, dopo che il passeggero ha chiuso la portiera della cabina, l'interruttore della piattaforma ha inviato un segnale che ha provocato la chiusura della porta del vano. Quando il passeggero è arrivato a destinazione ed è sceso dall'auto, la rimozione del proprio peso dall'interruttore della piattaforma ha provocato anche la chiusura automatica della porta del vano.

La domanda di brevetto per il terzo sistema progettato dal team Otis fu depositata il 13 maggio 1925 (il brevetto fu assegnato nel 1929).^[5] L'introduzione del brevetto ha fornito una breve panoramica dello sviluppo dei componenti del sistema senza operatore:

“Con lo sviluppo dell'arte dei sistemi di ascensori elettrici, c'è stata una crescente tendenza a sollevare l'operatore in cabina da varie operazioni di controllo. In alcuni dei sistemi precedenti, l'avviamento e l'arresto dell'auto, la direzione di marcia dell'auto e la velocità di accelerazione e rallentamento erano tutti controllati dall'operatore. Successivamente i sistemi sono stati predisposti in modo tale che il tasso di ritardo dell'accelerazione fosse determinato automaticamente mediante mezzi controllati dall'operatore. Ancora più tardi furono previsti mezzi automatici per portare la cabina ad un preciso livello con i piani in sosta. Recentemente sono stati sviluppati sistemi di ascensori in cui sono previsti accorgimenti per sollevare l'operatore dalla determinazione della distanza dal piano alla quale riportare l'interruttore di cabina in posizione "folle" per consentire a mezzi di rallentamento automatico e dispositivi di livellamento di portare la cabina all'arresto al piano . Questi sviluppi hanno notevolmente aumentato l'efficienza del funzionamento dei sistemi di ascensori rispetto ai sistemi dei primi tipi.^[5]

In questo brevetto, Lindquist, Dunn e Larson hanno cercato di aumentare "l'efficienza operativa" in un sistema "particolarmente adatto per il servizio di ascensori come richiesto nei grandi magazzini".^[5] In questo sistema il ruolo dell'operatore era limitato all'avviamento della cabina e all'apertura e chiusura delle porte di cabina e di vano ad ogni piano. Una volta partita dal primo piano, l'auto si fermerebbe automaticamente a ogni piano di un grande magazzino, consentendo agli acquirenti di uscire ed entrare e concedendo all'operatore il tempo di annunciare i tipi di merce trovati su un determinato piano. Quando l'auto ha raggiunto l'ultimo piano, la sua direzione è stata automaticamente invertita. Il pannello di controllo della cabina presentava un "interruttore di arresto consecutivo" che avviava il normale funzionamento quotidiano dell'ascensore, un interruttore di arresto di sicurezza o di emergenza e un interruttore di direzione. A questo sistema è stata data la designazione (in qualche modo ovvia o logica) di "controllo del grande magazzino".

I progetti ei sistemi presenti in questa serie di brevetti, le cui domande sono state tutte depositate nel 1925, evidenziano la continua attenzione di Otis allo sviluppo di ascensori senza operatore. Questo lavoro ha anche gettato le basi per un cambiamento fondamentale nel funzionamento degli ascensori, iniziato a metà degli anni '1920. La prossima voce di questa serie di articoli riguarderà l'applicazione di queste innovazioni nei sistemi reali, come hanno funzionato e come sono state pubblicizzate e promosse.

Referenze

[1] David L. Lindquist, Edward L. Dunn e David C. Larson, Elevator System, brevetto USA n. 1,767,891 (24 giugno 1930); David L. Lindquist, Edward L. Dunn e David C. Larson, Switching Mechanism, brevetto USA n. 1,767,892 (24 giugno 1930); e David L. Lindquist, Edward L. Dunn e David C. Larson, Elevator System, brevetto USA n. 1,904,646 (18 aprile 1933).

[2] David L. Lindquist, Edward L. Dunn e David C. Larson, Elevator System, brevetto USA n. 1,767,891 (24 giugno 1930).

[3] David L. Lindquist, Edward L. Dunn e David C. Larson, Elevator System, brevetto USA n. 1,694,712 (11 dicembre 1928) e David L. Lindquist, Edward L. Dunn e David C. Larson, Elevator System , US Patent No. 1, 904,647 (18 aprile 1933).

[4] David L. Lindquist, Edward L. Dunn e David C. Larson, Elevator System, brevetto USA n. 1,694,712 (11 dicembre 1928).

[5] David L. Lindquist, Edward L. Dunn e David C. Larson, Elevator System, brevetto USA n. 1,717,046 (11 giugno 1929).