O elevador eletromagnético

No final do século XIX, dois inventores competiram para produzir um precursor do conceito atual de elevador linear.

Na última década do século XIX, dois engenheiros americanos exploraram, independentemente, o uso de eletroímãs como meio de alimentar elevadores. Esses esforços, quando considerados no contexto do desenvolvimento do motor de indução linear, revelam que, assim como ocorre com elevadores projetados para movimento vertical e horizontal, as inovações contemporâneas frequentemente possuem precedentes históricos intrigantes. O trabalho distinto, porém quase simultâneo, realizado por esses engenheiros também apresenta paralelos com eventos modernos, visto que um inventor buscou aplicar um sistema desenvolvido para um trem eletromagnético a elevadores, enquanto o outro procurou desenvolver um sistema especificamente projetado para sistemas de transporte vertical.

Em dezembro de 1893, Paul W. Leffler (1853-1914), de Chicago, fundou a Leffler Electro-Magnetic Railway Co. Em novembro do ano anterior, Leffler havia registrado o primeiro de dez pedidos de patente relacionados ao seu projeto de um trem movido a eletroímãs. Entre agosto de 1895 e março de 1896, ele registrou seis pedidos de patente, cinco dos quais foram concedidos na mesma data: 22 de dezembro de 1896. Este último grupo incluía a única patente não relacionada a ferrovias que ele buscou durante esse período: “Elevador Elétrico” (Patente Americana nº 573,820). Em sua introdução, Leffler fez referência às suas patentes ferroviárias, observando:

“Nessas patentes... emprego um campo magnético que se estende ao longo da linha de deslocamento, produzido por uma série de ímãs espaçados entre si, com os membros adjacentes de polaridade oposta, e uma armadura não rotativa transportada pela cabine em posição de estar sujeita à influência de dito campo, cujos eletroímãs da armadura são preferencialmente dispostos em conjuntos conectados em série e posicionados em relação uns aos outros e aos ímãs de campo de forma que as forças magnéticas de atração e repulsão cooperem para impulsionar a cabine em uma direção comum. Para controlar e manter as relações magnéticas adequadas entre os ímãs de campo e os da armadura, também emprego... um mecanismo automático de inversão de polos aplicado, preferencialmente, nas conexões do circuito dos ímãs da armadura. Em minha presente invenção, organizo a combinação acima, juntamente com certos recursos adicionais, em um elevador.”

A "organização" do projeto ferroviário de Leffler "em um elevador" foi expressa por meio das 10 páginas de desenhos (contendo 27 figuras) e seis páginas e meia de texto de sua patente. Sua apresentação detalhada permite um exame minucioso de seu elevador eletromagnético.

Uma análise de seu projeto revela que ele tentou produzir um elevador o mais convencional possível. Leffler afirmou que "a cabine do elevador pode ter a aparência de uma gaiola comum". Ele reconheceu que os aspectos mais importantes do projeto do carro eram a plataforma, os montantes, a travessa e a prancha de segurança, referindo-se a esses componentes como piso, garfo superior, hastes verticais e garfo inferior, respectivamente. Ele afirmou que o carro seria “suspenso e contrabalançado da maneira usual” (Figura 1). O texto de sua patente sugere que o contrapeso era igual ao peso da cabine, o que era um tanto incomum, já que, na década de 1890, a maioria dos elevadores utilizava um sistema de sobrepeso, com o contrapeso igual ao peso da cabine mais metade da carga típica.

Outro aspecto incomum de seu projeto foi a presença tanto de um controlador de alavanca manual quanto de uma corda de içamento no vagão. Normalmente, apenas um sistema de controle era utilizado.

Os componentes principais do sistema eletromagnético de Leffler estavam embutidos nos trilhos-guia e nas longarinas dos vagões. Os trilhos-guia utilizavam um canal metálico em forma de U para abrigar “uma série de peças polares salientes, nas quais são enroladas bobinas magnéticas”. As peças-guia eram cobertas por barras-guia de latão que serviam como trilhos-guia literais para a cabine (Figura 2). As laterais do canal em forma de U eram revestidas com tiras de madeira que proporcionavam uma superfície de apoio para o dispositivo de segurança do elevador. Os equivalentes às peças-guia dos trilhos-guia ficavam alojados nas longarinas da cabine (Figura 3). As longarinas também apresentavam dois pares de “rolos-guia ou de retenção flangeados... suportados por êmbolos deslizantes com cabeça em forma de garfo”, equipados com molas para manter os rolos “firmemente contra as barras-guia e amortecer a cabine em uma posição central entre os vãos”. Um terceiro componente crítico, o comutador, estava localizado no topo da cruzeta. Como seu funcionamento estava diretamente relacionado à velocidade do carro, a ação do comutador era controlada por "uma corda que passava por uma polia, fixada na extremidade traseira do eixo do comutador, e daí por uma polia guia sustentada pela borda superior traseira do carro, com ambas as extremidades esticadas e presas ao edifício ou outro suporte fixo, com uma extremidade acima e a outra abaixo dos limites extremos de deslocamento do carro". O funcionamento do comutador era muito semelhante ao dos dispositivos de segurança contra sobrevelocidade contemporâneos; portanto, seu projeto representou uma adaptação interessante da tecnologia de elevadores existente para um novo uso.

O dispositivo de segurança de Leffler, que ele descreveu como uma “embreagem de segurança”, estava localizado sob o carro. A segurança consistia em “dois eixos ou hastes transversais paralelas, montados em mancais... e providos em suas extremidades de cames de aderência ou blocos de fricção excêntricos que, quando liberados, engatavam nos revestimentos de madeira” dos trilhos-guia (Figura 4). As cames eram mantidas afastadas das superfícies de madeira por contatos elétricos que mantinham as molas de segurança comprimidas. Se o carro perdesse energia elétrica, a trava de segurança seria acionada automaticamente. Assim, a trava de segurança de Leffler só funcionava em caso de falha de energia. Ela não impediria o carro de ultrapassar a velocidade permitida. Essa aparente falha provavelmente se devia à sua crença de que seu projeto eletromagnético permitia um controle tão preciso do carro que este não poderia ultrapassar a velocidade permitida. Ele também contava com esse sistema para manter o carro parado quando estivesse em um patamar. Em outras palavras, o carro não era equipado com freio. Segundo Leffler, quando a alavanca de controle estava na posição "parar", "as forças de atração e repulsão (entre os ímãs de campo) se neutralizariam e não teriam tendência a mover o carro em nenhuma direção". Uma análise completa do funcionamento detalhado deste elevador está além do escopo deste artigo. No entanto, os leitores interessados ​​podem explorar este sistema mais a fundo examinando a patente de Leffler (veja os Extras Online deste mês).

Enquanto Leffler abordava seu projeto como um forasteiro da indústria que buscava adaptar um sistema horizontal ao transporte vertical, seu rival estava diretamente ligado à indústria de elevadores. H. Russell Smith (nascido em 1864) formou-se em Engenharia Mecânica pelo Instituto Stevens em 1888. Natural de Chicago, ele retornou à sua cidade natal após a formatura e aceitou um cargo na empresa de pavimentação JB Smith & Co. Ele iniciou sua carreira na área de elevadores em 1890, quando ingressou na Hale Elevator Co. como superintendente assistente de construção. Em 1894, deixou a Hale para trabalhar na Winslow Brothers Elevator Co., onde atuou como engenheiro-chefe. Ele deixou a Winslow Brothers em 1897 e, após breves períodos na Morse, Williams & Co. e na Burdett-Rowntree Manufacturing Co., ingressou no escritório da Otis em Chicago em 1900. Entre 1894 e 1898, recebeu cinco patentes de elevadores, uma das quais dizia respeito a um projeto de elevador eletromagnético: “Elevador Elétrico”, Patente dos EUA nº 549,542 (6 de junho de 1896).

A patente de Smith, com suas três imagens e quatro páginas de texto, oferece um interessante estudo de contraste quando comparada à patente de Leffler. As representações detalhadas desta última possuem um poder visual claramente ausente nos desenhos simples de Smith (Figura 5). No entanto, um exame do projeto de Smith revela um esquema prático baseado na aplicação de um acionamento eletromagnético a uma tipologia de elevador padrão. O elevador de Smith também foi tema de dois artigos ilustrados. O primeiro, “Elevador Eletromagnético de Smith”, foi publicado na edição de 19 de dezembro de 1896 da revista [nome da revista]. Eletricista Ocidentale o segundo, “Ascenseur Electro-Magnétique”, apareceu na edição de 10 de abril de 1897 de O EletricistaEsta última foi uma das primeiras apresentações de um sistema de acionamento eletromagnético para um público europeu. (Estes artigos e a patente de Smith também foram incluídos como Extras Online.)

Ambos os artigos observam que a fase de desenvolvimento do projeto do elevador ocorreu na fábrica da Winslow Brothers em Chicago. O trabalho começou no final de 1895 ou início de 1896. (O pedido de patente de Smith foi protocolado em março de 1896.) Ao contrário do projeto de Leffler, no qual todo o eixo fazia parte do sistema de acionamento, Smith projetou um motor eletromagnético que impulsionava a cabine por meio de um eixo convencional. Seu projeto foi comparado ao de um elevador hidráulico vertical, com a "peça central" do motor eletromagnético "correspondendo ao pistão" e o núcleo oco no qual a peça central se movia "correspondendo ao cilindro" de um elevador hidráulico.

O desenho da patente também mostrava uma polia multiplicadora, um recurso encontrado em máquinas hidráulicas. Assim como Leffler, Smith projetou um freio que utilizava uma bobina elétrica e um ímã de êmbolo, que entrava em funcionamento quando a corrente elétrica era interrompida. No entanto, o freio de Smith (não ilustrado em sua patente) era controlado pela alavanca de controle da cabina, que, ao ser movida para a posição de parada, acionava o freio. O projeto também foi descrito como capaz de ser “totalmente equipado com os dispositivos de segurança aprimorados usados ​​nas cabinas de todos os elevadores hidráulicos fabricados” pela Winslow Brothers, que incluíam um “dispositivo simples localizado na escotilha da cabina [que automaticamente] para a cabina nos limites superior e inferior do percurso, caso não seja parada pelo operador”.

O Eletricista Ocidental O artigo, partes do qual podem ter sido escritas por Smith, resumiu as vantagens de seu projeto da seguinte forma:

“Do ponto de vista de um arquiteto ou proprietário, o elevador eletromagnético apresenta diversas vantagens: não requer espaço para as bombas, tanques, tubulações e válvulas do elevador hidráulico, nem para o motor, tambor ou parafuso da maioria dos elevadores elétricos; se tiver uma relação de transmissão de dois para um e o núcleo suspenso nas vigas superiores do elevador, não ocupará espaço algum, exceto o necessário para a própria cabine... Devido às suas peculiaridades Em termos de construção, o tamanho e a forma do motor magnético são tais que, nos andares por onde passa, ocupa apenas um espaço aproximadamente igual ao do corpo cilíndrico de um elevador hidráulico de cilindro vertical.”

Embora a confiança expressa nessas declarações ecoe a hipérbole típica da publicidade (e as alegações de Leffler em sua patente), Smith e a Winslow Brothers tinham uma clara vantagem sobre seu concorrente. O que motivou o artigo de 1896 foi a construção bem-sucedida de um protótipo totalmente funcional na fábrica da Winslow Brothers (Figuras 6 e 7). Infelizmente, a fotografia, que mostra a plataforma da cabine, o "eixo" e o motor, não indica a altura operacional do elevador.

Os esforços imaginativos de Leffler e os esforços práticos de Smith — concretizados em sua máquina protótipo — representam um intenso interesse na adaptação de eletroímãs a sistemas de acionamento de elevadores. Infelizmente, o desafio de ir além do conceito e do modelo funcional provou ser difícil demais, e a busca pelo elevador eletromagnético foi abandonada. Contudo, embora esses esforços iniciais tenham se perdido na história, sua recuperação e apresentação aqui servem como um lembrete útil de que precedentes frequentemente existem para inovações modernas e que a presença do passado nos cerca — se soubermos onde procurar.

Referências
[1] Paul W. Leffler. “Elevador Elétrico”, Patente dos EUA nº 573,820 (22 de dezembro de 1896).
[2] “Elevador eletromagnético de Smith”, Western Electrician (19 de dezembro de 1896).