无缆电梯系统的早期历史

早期的无缆自走式多轿厢电梯系统设计激发了 MULTI 等设计的灵感

在蒂森克虏伯的 MULTI 系统正式发布后不久（“未来的帕特诺斯特”，《电梯世界》，2015 年 1934 月），作者发现了一篇标题为“新型电梯无需电缆即可运行”的文章。鉴于 MULTI 的发布得到了广泛的媒体报道，找到一篇标题为“新型电梯无需电缆即可运行”的文章似乎并不奇怪。然而，当公布出版日期时，这种评价发生了变化：这篇文章发表在 XNUMX 年 XNUMX 月的《大众科学》杂志上。这篇简短的文章描述并说明了一种电梯系统，该系统采用多辆轿厢，设计为在“纽约发明家已获得专利的系统”中以“自有、自给自足的动力”运行。^[1] 这篇文章提出了两个问题：谁是身份不明的发明者，更重要的是，是否还有其他无电缆、自走式、多轿厢电梯系统的早期设计？ 对答案的搜索最终确定了未具名的发明人（并找到了他的专利），并发现了另外三项涉及类似设计的专利。

第一个无缆电梯设计可追溯到 1880 年代。 这些方案采用安装在汽车上的电动机，驱动与齿条或丝杠轴啮合的蜗轮或小齿轮。 齿轮齿条和螺旋轴电梯系统的设计在 20 世纪初期已获得专利。 然而，这些系统遵循传统电梯的范例，因为它们旨在在单个垂直井道中运行。 1930 年代初期见证了一系列旨在在整个建筑物中连续移动的无缆电梯专利。 这些计划的推动力似乎是摩天大楼在 1920 年代和 1930 年代的快速增长。 提议的新电梯系统的基本原理包括希望减少专用于电梯井的空间量。

第一项审查的专利是圣路易斯的 Maurice E. Breed：“Safety Cableless Multiple Elevators”，美国专利号 1,902,946（28 年 1933 月 1912 日）。 这是布里德唯一的专利，看来他是一位对技术创新感兴趣的当地医生。 （XNUMX 年版的《圣路易斯人之书》将他的爱好列为“汽车和摄影”）。 虽然他的业余发明家身份可以解释他设计的古怪方面，但其独创性毫无疑问。 品种试图：

“。 . . 提供一种电梯结构，设计并适用于最高高度的建筑物，包括一个环形竖井，多部电梯以间隔关系运行通过该竖井，使得单个环形竖井用作任何所需数量的电梯的通道。建筑物的高度，并[提供]改进的机制来推动电梯沿着和穿过所述竖井，而无需使用电缆和类似的起重设备。”^[2]

该设计是齿轮齿条方案的一种变体，电动机和齿轮装置位于汽车顶部，旨在围绕轴顶部和底部的弯曲齿条移动（图 1）。

Breed 设计的一个有趣方面是汽车在上升时“直立”行驶，下降时“倒立”行驶（图 2）。 这意味着所有上升的乘客都必须在轿厢开始过渡到下降之前离开，而下降的乘客（站在轿厢“天花板”上）在轿厢开始过渡到上升之前离开。 这种运动模式需要操作员在场，既要运行轿厢，又要确保乘客在方向改变之前离开。 然而，Breed 还设想操作员在整个旅程中都将留在车内：

“运营商。 . . 在上升和下降期间留在车内。 在轿厢上升过程中，操作员站在轿厢地板上； 当轿厢到达顶部并通过电梯井道上升部至下降部的弧形连接时，操作者踏上并站在轿厢下侧壁的内侧。 当轿厢倒置进入电梯井道下降部时，操作者踏上轿顶内侧并站在轿厢上，直至轿厢到达电梯下降部与上升部的弯曲连接处。轴。 操作员然后踏上轿厢下侧壁的内侧并站在其上，直到轿厢进入电梯井道的上升部分，然后操作员踏上轿厢地板进行另一次往返。”^[2]

这个描述提示了一个运动（或者可能是杂技）操作员在电梯轿厢中的图像，（在忙碌的一天结束时）几乎覆盖了每个内部表面的足迹。

无电缆系统的第二项专利授予 Jarvis Hunt：“电梯系统”，美国专利号 1,930,239（10 年 1933 月 1863 日）。 亨特（1941-849,840）是芝加哥著名的建筑师，这是他的第二项电梯专利。 第一个授予 Clair Foster，Hunt 作为受让人：“Multiple Elevator System”，美国专利号 9（1907 年 3 月 4 日）。 这种设计的特点是多辆汽车在同一竖井中运行； 它不是无电缆的，也没有连续运动。 Hunt 的个人努力是一种设计，其中多辆汽车通过垂直轴上升和下降，垂直轴具有“横向轨道或交叉”，允许汽车从一个轴移动到另一个轴。 以与 Breed 的设计类似的方式，每辆车都有一个安装在顶部的电动机，用于驱动与垂直和水平齿条和导轨啮合的齿轮系统（图 XNUMX 和图 XNUMX）。 然而，与 Breed 不同的是，Hunt 的设计允许汽车在整个旅程中保持直立。

鉴于他的设计允许多辆汽车同时移动，亨特意识到他需要一个有效的信号系统。 他提出“必须实施阻塞信号系统，并按计划进行汽车的运行，以避免混乱和延误。”[3] 使用阻塞信号的决定很有趣，因为，虽然它是一个信号系统，旨在控制复杂的交通模式，但它旨在控制火车的运动，而不是电梯。 在 20 世纪初，该系统定义如下：

“闭塞区是指一段具有明确界限的铁路轨道，列车对其的使用由一个或多个闭塞信号控制。闭塞信号是控制闭塞区使用的固定装置。……闭塞系统是由闭塞信号控制的一系列连续闭塞区。主信号显示行驶列车正前方闭塞区的情况，远信号显示前方第二个闭塞区或主闭塞区后方闭塞区的情况。提前信号与闭塞区的主信号一起显示闭塞区的情况。它位于主信号的前面。”^[4]

亨特将他的竖井系统划分为一系列街区或区域，为电梯交通控制和服务提供了一个有趣的概念图。

为本文审查的第三项专利揭示了《大众科学》中的身份不明的纽约发明家的身份及其专利：纽约的 Eugene Phillips，“电梯”，美国专利号 1,953,772（3 年 1934 月 XNUMX 日）。 遗憾的是，目前对菲利普斯一无所知。 他唯一的另一项专利涉及一种设计用于汽车和火车车厢的改进型烟灰缸。 尽管如此，菲利普斯对与高层建筑中电梯使用相关的设计问题有清晰的认识：

“在高层建筑中，必然需要的长电缆带来了许多恶化的问题，这些问题随着建筑物高度的增加和对更好服务的需求而增加。 本发明的目的之一是完全消除电缆的使用并直接通过动力驱动轿厢，并且进一步具有用于增加或减少在不同时间段内运行的轿厢数量的装置。一天不关闭任何特定的竖井。”^[5]

他的解决方案是齿轮齿条方案的另一种变体：他采用了一种“电机机构”，该机构由一个电动机和一个安装在汽车顶部的旋转环或框架中的大型蜗轮组成。 该系统的特点是两个导轨构成了一个中央机架。 后者容纳蜗轮，而导轨为位于枢转框架两侧的轮子提供轨道（图 5）。 当汽车移动时，蜗轮旋转以匹配轴的曲率，汽车被“悬挂在电机机构上”保持直立。 . . [5] 尽管 Phillip 的专利图清楚地说明了他设计的关键组成部分，但随大众科学文章一起提供的透视图捕捉到了与无缆电梯前景相关的兴奋（图 6） . 

第四项无缆索系统的专利授予了约翰·T·奥斯汀：“电梯”，美国专利号2,052,690（1936年9月1日）。奥斯汀（1869-1948）是迄今为止讨论的发明家中最多产的一位，拥有超过25项专利。然而，与其他发明家一样，他的主要专业领域并非垂直运输——他是康涅狄格州哈特福德奥斯汀管风琴公司的联合创始人，也是一位著名的管风琴设计师。奥斯汀涉足电梯设计领域正值大萧条时期，这或许是他试图为苦苦挣扎的公司寻找新的发展方向。他的设计采用了一种创新方法，摒弃了齿轮齿条式的机械结构。他提出在轿厢顶部和底部安装轮子或“弹性轮胎”，使其沿着光滑的导轨运行。车顶和车底各装有四组双胎，由电动机驱动（图 7）。车轮通过弹簧和传动轴系统固定在导轨上：

“[The] 弹簧在橡胶轮胎和履带之间建立和保持摩擦接合的作用是通过在电机驱动轴和车轮从动轴之间设置驱动连接来补充的，以便驱动推力处于方向迫使轴分开并将车轮和轮胎推向各自的轨道。 通过这样的安排，赛车实际上被夹在了竖井的相对侧壁之间。”^[6]

为了方便汽车在竖井之间移动以及增加或减少使用中的汽车，奥斯汀设计了一种“转移机构”，该机构连接到汽车的侧面，将其推入或拉出主轴，并将其停在一个副轴（图 8）。

奥斯汀的专利还包括一张图片，表明他意识到他的设计可以水平移动，也可以垂直移动。 此插图描绘了一系列垂直和水平轴，它们有点类似于与 MULTI 设计相关的图像（图 9）。 然而，奥斯汀对这张图片的描述令人惊讶，因为他说它代表了“一座山或山的图解视图，提供了适合汽车行驶的不同层次的竖井。”[6] 虽然他无法想象他的多向性，应用于建筑物的多轴概念令人费解，重要的是要注意所有其他设计师都提出乘客只能进入垂直轴中的汽车。 奥斯汀在无电缆、自行推进系统的背景下阐明了水平的可能性这一事实使他的设计与其他设计不同。

当然，所有这四种方案都存在未解决的技术、机械和设计问题，这些问题会使它们极难建造，并可能导致它们的失败。 然而，这些设计师的想象力是值得注意的，因为他们都与电梯行业无关。 虽然缺乏行业意识无疑导致了他们设计中的众多特质和弱点，但他们的天真让他们能够想象出业内人士可能认为不切实际的解决方案。 现在，再一次，设计源于垂直运输领域，我们正在谈论没有电缆的电梯的可能性。

案例
[1] “没有电缆的新电梯工程”，大众科学（1934 年 XNUMX 月）。
[2] Maurice E. Breed，“Safety Cableless Multiple Elevators”，美国专利号 1,902,946（28 年 1933 月 XNUMX 日）。
[3] Jarvis Hunt，“电梯系统”，美国专利号 1,930,239（10 年 1933 月 XNUMX 日）。
[4] Ralph Scott，“自动块信号和信号电路”，McGraw Hill（1908 年）。
[5] Eugene Phillips，“电梯”，美国专利号 1,953,772（3 年 1934 月 XNUMX 日）。
[6] John T. Austin，“电梯”，美国专利号 2,052,690（1 年 1936 月 XNUMX 日）。