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Guides d'ascenseur et rails de guidage du XIXe siècle

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Figure 4 : Charles R. Otis, « Chair for Elevator Guide-Posts »

L'histoire ancienne remplie de brevets de la façon dont ces composants importants ont pris leur essor

La conception des guides d'ascenseur et des rails de guidage a été l'un des premiers problèmes critiques identifiés par les inventeurs de l'ascenseur de passagers au 19ème siècle. Le dispositif de sécurité d'Elisha Graves Otis (conçu en 1854 et breveté en 1860) reposait sur l'utilisation d'un rail de guidage unique doté de cliquets ou de dents qui engageaient des cliquets ou « chiens de sécurité ». En 1866, Otis Tufts, inventeur de l'ascenseur vertical pour chemin de fer, a fait les observations suivantes sur cet aspect de la conception des ascenseurs :

« La ligne de mouvement habituelle de [la] cabine d'ascenseur est sensiblement verticale, elle pend librement suspendue entre des glissières ou des voies, qui, étant fixées aux murs et cloisons des bâtiments, ne sont pas capables, dans la pratique, d'un réglage parfait, étant susceptible de perturbation de position, consécutive au retrait des bois, au tassement des fondations, etc., de sorte que si les guides ou les traverses de la voiture s'adaptent étroitement aux glissières ou aux chemins, il se produira un collage et un grippage, accompagnés de bruits désagréables et perte de puissance; et si les guides ou les traverses embrassent sans serrer les glissières ou les voies, alors le balancement de la voiture gênera ses passagers, et le bruit résultant du choc de la voiture dans ses vibrations contre les glissières gênera les occupants du bâtiment , ainsi que les passagers de la voiture.

Les observations de Tufts ont efficacement décrit les aspects clés de ce problème et établi le contexte des solutions de conception proposées et utilisées à la fin des années 1800. Et, alors que les guides et les rails de guidage étaient souvent abordés dans la conception d'un système d'ascenseur complet, les dossiers de brevets révèlent qu'ils ont également fait l'objet d'efforts de conception ciblés.

The source L'une des observations de Tufts était son "Amélioration des guides d'ascenseur" de 1866 (brevet américain n ° 60,443 1). Dans ce document, il a qualifié les rails de guidage de « glissières » ou de « chemins » qui étaient « munis de dents à cliquet, qui, en relation avec des cliquets à ressort ou des loquets, peuvent être conçus pour servir d'appareil de sécurité pour empêcher la voiture de tomber ». , en cas de rupture des câbles ou chaînes de levage. » Il n'était pas inhabituel à cette époque que les ascenseurs intègrent une variante du dispositif de sécurité d'Otis dans leurs conceptions. Cependant, Tufts a placé le cliquet dans un rail de guidage en bois et a proposé l'utilisation de guides à rouleaux, "faits comme des roues", pour diriger le mouvement de la voiture (figures 2 et XNUMX). Il a déclaré que les rouleaux pourraient être construits sous forme de roues métalliques pleines équipées "d'une bande ou d'un anneau de caoutchouc vulcanisé, dont l'élasticité lui permet de passer facilement sur toutes les irrégularités des voies". Cette conception était perçue comme étant "suffisante dans tous les cas ordinaires pour assurer un contact constant et silencieux". Il a également proposé une construction de rouleau alternative qui utilisait "des disques de cuir serrés entre des disques métalliques". Dans ce système, les disques de cuir pourraient être remplacés par d'autres "matériaux appropriés", tels que "le bois, le papier ou la peau verte". L'objectif était d'offrir une conduite en douceur et d'empêcher "le son qui résulte du mouvement d'une roue métallique sur un rail métallique".

En janvier 1873, Charles Otis a reçu un brevet pour « Améliorations des guides pour ascenseurs » (brevet américain n° 134,698 4), qui était une variante du design de Tufts. La principale différence était l'utilisation de roues de guidage en métal fixées à des bras en forme de U, qui fonctionnaient sur des rails de guidage comportant «une bande de cuir» ou un matériau similaire présentant «une surface douce ou élastique similaire». La bande de cuir était « collée, cimentée ou autrement fixée » à la surface du rail en bois (figure XNUMX). Charles Otis revendiquait les « rouleaux-guides, en état de marche. . . sur les surfaces molles ou élastiques prévues sur les rails de guidage, leur fonctionnement sera pratiquement silencieux, toute inégalité dans les positions relatives des rouleaux et des surfaces étant annulée ou compensée par la nature souple du cuir.

« Amélioration du guide à cliquet pour ascenseurs » de Lorenzo Graves de 1878 (brevet américain n° 206,434 XNUMX) a fourni des informations supplémentaires sur la justification des conceptions qui enfermaient le cliquet de sécurité en métal dans un rail de guidage en bois :

« Les cliquets en fonte, lorsqu'ils sont utilisés comme guides, ne font pas une surface ou une piste lisse ou uniforme sur laquelle la plate-forme ou la voiture peut rouler, étant plus ou moins déformés ou courbés et d'épaisseur variable. Pour éviter cette difficulté, ils ont parfois été rabotés en une surface lisse et une épaisseur uniforme. Cela était coûteux et ne pouvait être adopté que pour les ascenseurs de passagers à prix plus élevé. Des bois durs ont également été utilisés pour les guides ou les pistes, qui, bien que silencieux et lisses, étaient néanmoins répréhensibles, car ils manquaient de l'élément essentiel de sécurité que l'on trouve dans les guides à cliquet. En [enfermant] le fer à cliquet dans ou entre le bois par les brides du fer. . . et le bois vissé aux poteaux de guidage ou aux parois de l'écoutille, le bois retiendra, renforcera et retiendra tellement le fer [tel] que, si ce dernier devait être brisé, il ne pourrait pas se séparer du bois ou se déplacer . "

Le brevet de Graves concernait "l'emploi d'un boîtier en bois pour les barres à cliquet métalliques", qui, selon lui, servirait également "de guide silencieux pour les chaussures de la voiture ou de la plate-forme sur lesquelles se déplacer". Bien que cette caractéristique ait été incluse dans des brevets antérieurs, elle n'avait pas été revendiquée auparavant comme caractéristique de conception originale.

Une nouvelle conception de rail de guidage figurait dans le brevet de 1885 de Charles Otis, « Chair for Elevator Guide-Posts » (brevet américain n° 310,713 XNUMX). L'objectif principal du brevet était une «chaise» améliorée ou un système de serrage réglable utilisé pour attacher les rails de guidage aux poutres en bois de l'arbre. Charles Otis a rapporté :

« C'est un fait bien connu que les gaines des ascenseurs sont susceptibles de se déformer, en raison du gauchissement et du saut des bois formant les gaines, ou d'autres causes. Lorsque les gaines sont ainsi déformées, les poteaux de guidage sont généralement désalignés les uns par rapport aux autres et également déformés, ce qui provoque le blocage de la cabine d'ascenseur. Dans un tel cas, il faut un temps considérable pour aligner les poteaux de guidage.

Charles Otis a affirmé que sa conception permettait un "ajustement latéral" facile du rail de guidage et, "si nécessaire, le support en forme de U" permettait "un ajustement vers l'intérieur ou vers l'extérieur". La conception de sa chaise contenait un rail de guidage unique composé de «rails ordinaires en fer ou en acier fixés ensemble bout à bout». Le profil du rail de guidage représenté dans le dessin du brevet ressemble à un rail utilisé sur une voie ferrée typique (figure 4). Ce brevet est l'un des premiers à décrire un rail en fer ou en acier qui ne comprend pas de cliquets de sécurité.

L'utilisation proposée par Charles Otis d'un rail de guidage entièrement métallique était également inhabituelle. En fait, la majorité des brevets de rails de guidage de la fin des années 1880 et du début des années 1890 comportaient des systèmes de rails de guidage en bois sans cliquet de sécurité en fer (qui était lentement tombé en désuétude en tant que dispositif de sécurité préféré). Le « guide d'ascenseur » de 1888 de Graves (brevet américain n° 394,768) dépeint un rail de guidage en bois massif embrassé sur trois côtés par ses guides améliorés, qui utilisaient une série de ressorts qui permettaient aux chaussures de guidage plates de fléchir et de se déplacer lorsqu'elles se déplaçaient le long du rail (Illustration 5).

L'utilisation de poteaux métalliques cylindriques ou tubulaires qui portaient des rails de guidage en bois était apparemment devenue populaire au milieu des années 1890. En 1895, Martin Christopherson a breveté un « dispositif de serrage de poteau de guidage pour ascenseurs » (brevet américain n° 532,414 6). Il a noté que les "bandes de guidage" en bois étaient "généralement fixées de manière pratique à des poteaux de guidage tubulaires", qui étaient "faites en sections d'une longueur correspondant à la distance d'un étage d'un bâtiment à un autre, et à chaque étage, ces sections [étaient] fixées à une poutre disposée transversalement » (figure XNUMX).

Le brevet de Christopherson a été l'un des premiers à décrire l'utilisation de poutres en I en acier dans le puits, reflétant les changements dans la construction de bâtiments associés à l'ascension du gratte-ciel. Il a également observé :

« La manière habituelle de fixer les poutres en I aux poteaux de guidage consiste à percer des trous dans les ailes des poutres et des trous similaires dans les saillies ou les ergots des poteaux de guidage, puis à fixer les poteaux aux poutres. . . . Une telle construction est comparativement coûteuse et gênante, car il arrive fréquemment que les poteaux de guidage et les bandes doivent être ajustés en position dans l'écoutille ou le puits de l'ascenseur et qu'un tel ajustement jette les trous hors de l'alignement, et, par conséquent, de nouveaux trous doivent être formé pour les boulons.

Le système de serrage de Christopherson aurait permis un réglage facile des poteaux de guidage selon les besoins.

1899 "Elevator-Guide" de Francis Bates (brevet américain n° 622,792 7) utilisait également des rails de guidage tubulaires. Cependant, il a omis les bandes de guidage en bois et a proposé d'utiliser un rail de guidage en métal solide (Figure XNUMX). Son texte de brevet fournit des informations intéressantes sur les différences entre la conception des rails de guidage pour le fret et les passagers :

« Je sais que des tuyaux ou tubes creux ont été utilisés pour le guidage de monte-charges à des fins de construction, transportant des briques, du mortier, etc. ; mais dans le but de guider les ascenseurs de passagers, où le moindre bruit de grincement ou de secousse est répréhensible en raison de la gêne des personnes timides et nerveuses voyageant dans la cabine d'ascenseur, ainsi que de celles occupant des pièces adjacentes à la cage d'ascenseur, ces tuyaux ou les tubes sont non seulement répréhensibles, mais leur utilisation serait formellement interdite, en raison des réverbérations de ces corps creux et des sons de tintement et de grattage produits par les patins de guidage de la voiture qui passe, en raison des qualités de résonance des tuyaux ou des tubes.

Bates a affirmé que son utilisation de tubes métalliques solides avait les avantages suivants : ils avaient une "plus grande rigidité pour un poids considérablement réduit, réduisant ainsi le coût initial et le transport", "une surface d'usure beaucoup plus grande", étaient "plus faciles à manipuler et à monter, » étaient « non résonnants sous le frottement des guides de voiture » et ils nécessitaient « moins de boulonnage au puits d'ascenseur ».

Une approche plus normative de la conception des rails de guidage en métal a été proposée par George Reynolds dans son « Elevator-Guide » de 1896 (brevet américain n° 559,539 8). Il a noté: "Jusqu'à présent, là où des guides métalliques ont été utilisés pour guider la cage d'un ascenseur, il était courant d'utiliser une barre ordinaire de fer en T marchand." Cependant, cette forme s'était « révélée répréhensible, car au cours du temps, à cause de l'usure », elle formait des « épaulements » distincts dus à l'usure progressive de l'épaisseur de la nappe due à l'action des guides. Cela augmentait « le frottement de la pièce de guidage sur la cage », limitait « le jeu de la cage latéralement » et « affaiblit l'âme du rail ». Reynolds a proposé d'utiliser des rails dans lesquels « la tête de l'âme est épaissie vers le bord extérieur, étant d'épaisseur normale à sa jonction avec les ailes ou la partie de base » (figure 1896). Les côtés de la "partie épaissie" de la nappe pourraient être "usinés ou rabotés dans la mesure requise pour obtenir l'épaisseur et le parallélisme souhaités, de manière à recevoir les faces des pinces habituelles sans affaiblir indûment la nappe". En 9, Godfrey Rebmann a breveté un rail de guidage qui ressemblait à la conception de Reynolds et comportait un col étroit et des rainures verticales dans le rail en acier en forme de T (Figure XNUMX).

La conception des guides et des rails de guidage au 19ème siècle a également entraîné le développement de dispositifs supplémentaires visant à assurer le bon déroulement des voitures. Ces systèmes comprenaient des graisseurs ou des lubrificateurs automatiques pour rails de guidage. Le premier système de lubrification a été breveté en 1888 et, à ce jour, huit autres brevets du XIXe siècle ont été trouvés. Un prochain article explorera ces premières conceptions, ainsi que l'intérêt accru pour ces systèmes au cours du premier quart du 19e siècle. (Jusqu'à présent, 20 brevets pour des systèmes de lubrification ont été identifiés pour les années 50-1900). Les efforts des inventeurs et des concepteurs des premiers guides et rails de guidage d'ascenseur - des améliorations de Tufts sur le système à cliquet d'Elisha Graves Otis au rail de guidage en forme de T amélioré de Reynolds - reflètent l'ingéniosité de ces personnes et fournissent des informations supplémentaires sur la fabrication , la construction et l'exploitation des premiers ascenseurs.

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