Quando si pensa alle paure legate all’ascensore la principale è quella di precipitare nel vano all’interno della cabina o la paura che questa si muova mentre stiamo per entrare. Queste paure che abbiamo oggi erano molto più sentite, e purtroppo sperimentate, alla fine del 1800 sui primi ascensori. Su queste macchine pionieristiche la paura che le funi in canapa o le catene per gli ascensori delle miniere si spezzassero era molto fondata.

E’ grazie alla necessità di recuperare in sicurezza il carbone nelle miniere per poter dare combustibile alle macchine a vapore che si ha notizia di un primo brevetto francese (nel 1846) legato ad un ingegnere minerario. Le miniere di carbone ed altri metalli all’epoca erano già profonde diverse centinaia di metri ed era indispensabile portare in sicurezza in profondità i minatori e riportarli in superficie assieme ai carichi di carbone. Lo sviluppo degli apparecchi di sicurezza chiamati anche paracadute è quindi uno dei fattori essenziali che hanno contribuito all’uso massiccio degli ascensori. Gli apparecchi di sicurezza hanno il compito di arrestare la cabina in tutti quei casi in cui, vuoi per guasti oppure per distrazioni, l’impianto raggiunge velocità eccessive e quindi lo sviluppo dei paracadute è legato a sua volta allo sviluppo dei limitatori di velocità, sistemi di regolazione o di intervento di emergenza adibiti all’azionamento dei dispositivi di sicurezza della cabina.

Un aneddoto vuole che il termine paracadute sia legato al fatto che alcuni apparecchi di sicurezza della Stigler erano dotati anche di una tela posta sotto la cabina e tenuta tesa che, in caso di velocità eccessiva o in caso di impatto con oggetti (per esempio scale) non appartenenti all’ascensore che si trovavano ad invadere il vano di corsa, azionava gli apparecchi di sicurezza. La tela gonfiandosi prendeva la forma di paracadute e magari era fatta anche con la stessa stoffa usata per i paracadute.

Analizzeremo lo sviluppo degli apparecchi di sicurezza attraverso la serie di brevetti che seguono, messi a disposizione del servizio Google Patents e consultabili attraverso il numero di brevetto che vedete nelle immagini.

La principale modalità che hanno i paracadute per arrestare il moto della cabina èquello di agire attivamente contro le guide di cabina che sono l’organo fisso che tiene in posizione la cabina durante il suo movimento verticale alla stessa stregua dei binari per i treni durante il loro movimento orizzontale; questo principio lo si utilizza tutt’ora.

Le prime guide erano realizzate in legno e per lo più avevano una sezione rettangolare, i vari apparecchi di sicurezza interagivano con le guide con modalità diverse a seconda della forma di quest’ultime. Alcuni paracadute prevedevano delle lavorazioni sulle guide per creare degli intagli regolari e/o per creare o applicare delle cremagliere, questo primo tipo di paracadute fu soppiantato da tipi che interagivano con guide più semplici da realizzare e quindi più economiche e durevoli. Dalle guide in legno si è passati in seguito alle guide metalliche a T ed in alcuni casi alle guide metalliche tonde.

Del primo brevetto francese del 1846 non si hanno purtroppo rispondenze nell’archivio di Google Patents (che riporta quasi solo brevetti storici americani); il primo brevetto che incontriamo è quello di Elisha Otis del 1861. Il paracadute di Otis prevedeva una serie di tacchetti scavati nelle guide che, in caso di rottura delle funi, venivano ingaggiati da due cunei solidali con la cabina che venivano spinti verso la guida da una molla a balestra non più contrastata dalle funi (vedi approfondimento)

Nel 1867 C. W. Baldwin Brevetta un primo paracadute che usa dei cunei. Questo brevetto prevede una coppia di cunei montati alla fine di una barra spinta da una molla. In condizioni normali una coppia di leve tiene la barra abbassata ed i cunei in posizione tale per cui non possano strisciare sulle guide. Se si spezza la fune che sorregge la cabina la molla ha il sopravvento sulla leva ed i cunei vengono spinti verso l’alto in una zona dove lo spazio verso le guide si riduce fino a che questi, spinti sulle guide, per via dell’attrito, tendono a fermare la cabina. Le guide sono realizzate da pali di legno sui quali vengono incastrate delle barre metalliche. I cunei fanno attrito con queste barre.

Nel 1870 C. W. Baldwin migliora il suo brevetto di paracadute che usa cunei riducendone i componenti in gioco e rendendolo più immediato e sicuro.

Il brevetto con limitatore che segue, che interviene anche per il raggiungimento di velocità eccessive, è quello di R. H. Hill del 1878 nel quale una coppia di cunei veniva fatta incastrare nelle guide sulle quali erano stati scavati dei tacchetti lungo tutto il percorso possibile della cabina. Su una delle guide è stata inoltre aggiunta una cremagliera che attraverso un pignone ed ingranaggi conici metteva in movimento il limitatore di velocità che, raggiunta la velocità massima, sganciava una molla che spingeva i cunei verso i tacchetti. Anche questo sistema richiedeva delle guide in legno sulle quali dovevano essere eseguite diverse lavorazioni.

Nel 1871 T. Thorn deposita un brevetto per freni di emergenza per ascensori e montacarichi per le miniere che utilizza dei cunei che scorrono lungo tutti i 4 montanti laterali della cabina tenuta in posizione da 4 guide angolari ad L. Nel normale utilizzo dell’ascensore questi cunei rimangono separati dalla cabina e dalle guide. Nel caso in cui invece si venisse a spezzare la fune o la catena che sorregge la cabina allora i cunei, spinti dai bracci inferiori, si vanno ad incastrare tra i montati e le guide rallentando ed arrestando la cabina. Questi cunei, per aumentare la loro presa erano dotati di una superficie a “raspa”

Il brevetto che segue, depositato da C. J. Underwood nel 1881, invece richiede delle guide in legno rettangolari senza particolari lavorazioni. In caso di rottura delle funi due pattini per ogni guida, opportunamente contrappesati, si stringevano attorno alla guida arrestandola, attraverso un gioco di leve più il pattino faceva attrito sulla guida e più si stringeva ad essa. Il brevetto prevedeva anche la possibilità di armare e disarmare gli apparecchi dall’interno della cabina.

Un paracadute che richiedeva l’uso di guide con tacchetti e che poteva fungere anche da freno durante le operazioni di accesso alla cabina è quello presentato da D. Moulton nel 1881. in questo caso non abbiamo dei cunei o delle morse che si incastrano nei tacchetti delle guide, abbiamo invece una coppia di ingranaggi impegnati, con i tacchetti delle guide che fanno da cremagliera, che ruotano quando la cabina si muove. In caso di rottura delle funi oppure quando dalla cabina si tira una apposita funicella, una seconda coppia di ingranaggi che impegna una piccola cremagliera solidale con la cabina viene messa in accoppiamento con la prima coppia di ingranaggi. La seconda coppia di ingranaggi quando si impegna, sia sulla cremagliera fissa sul tetto di cabina sia sui primi ingranaggi che ruotano sulla guida, blocca la prima coppia di ingranaggi che a loro volta fermano la cabina.

Un altro sistema che utilizza un ingranaggio sulla quale la cabina si blocca è il seguente del 1982 ad opera di D. Frisbie. In questo brevetto le guide sono dotate di una cremagliera alla quale è collegata un pignone che ruota attorno ad un asse solidale con la cabina e con una frizione. In caso di rottura delle funi la frizione viene sganciata e tende a frenare l’asse sul quale è fissato l’ingranaggio che a sua volta tende ad arrestare la cabina.

Un’altro sistema che usa guide rettangolari non lavorate è il sistema brevettato da P. J. singer nel 1883, in questo sistema dotato anche di limitatore di velocità, che lo fa intervenire anche per il raggiungimento di velocità eccessive oltre che per la rottura delle funi, quando il dispositivo viene fatto intervenire, una serie di molle preattivate tendono a fare ruotare dei perni ai cui estremi sono fissati due eccentrici dentati. In caso di intervento gli eccentrici girano facendo incastrare i denti sulle guide fermando così la cabina. Questo sistema, come tutti i sistemi dotati di denti o rotelle zigrinate avevano il difetto di “piallare” le guide in caso di intervento.

Un altro brevetto che sfrutta un sistema a morsa dentato che fa presa sulle guide in legno è quello di W. Giled del 1884. In questo caso, quando una fune si rompe, una serie di molle a balestra aziona una serie di leve che stringono dei cunei dentati sulle guide in legno della cabina.

Un sistema che utilizza ancora delle guide in legno lavorate con tacchetti, che possiede un limitatore di velocità ed un sistema di frenatura a frizione è quello di C. P. Adams & E. Vaughan del 1884 dove una serie di ingranaggi dentati collegati sul tetto della cabina è messo in moto da una cremagliera incavata nelle guide di cabina. Questi ingranaggi facevano ruotare il limitatore di velocità ed in caso di intervento del limitatore o di rottura delle funi, una serie di leve sbloccate tiravano delle cinghie che, facendo frizione su delle pulegge solidali con gli ingranaggi, facevano rallentare ed arrestare questi ingranaggi e quindi anche la cabina.

Un sistema con apparecchi a frizione adatti sia per guide in leggo rettangolari che per guide in ferro tonde è quello di D. C. De La Jeanniere del 1885. In questo caso, in caso di rottura di una delle due funi che sostengono la cabina, delle molle spingono attraverso delle leve dei pattini sulle guide arrestando la cabina per frizione.

Il sistema di A. O. Wuensche del 1886 invece usa un grosso tamburo sul quale viene fatta strisciare una cinghia che , in caso di rottura delle funi, stringendosi attorno al tamburo tende ad arrestare la cabina poichè, mediante degli ingranaggi conici da un lato ed ingranaggi lineari lato guide, dove erano montate delle cremagliere, rallentava ed arrestava la cabina quando azionato.

Un primo sistema con paracadute a presa progressiva dotato di tenaglie che si stringono sulle guide è quello inventato da A. C. Ellithorpe nel 1888. Questo sistema, dotato anche di limitatore di velocità, interviene sia in caso di rottura della fune di trazione che in caso di velocità eccessiva. Raggiunta la velocità eccessiva il limitatore blocca la funicella che tende a svolgere la fune arrotolata su di un tamburo che ruotando, per via di viti prigioniere solidali ed una serie di leve, fa in modo che le ganasce si stringano a tenaglia sulle guide.

Un primo brevetto Italiano che sfrutta dei cunei che si incastrano nelle guide è quello di A. Stigler del 1888. In questo caso, in caso di rottura delle funi o raggiungimento di una velocità eccessiva una serie di leve vengono tirate in modo che queste spingano dei cunei ad incastrarsi tra il loro supporto e le guide.

Un sistema uguale ma con dei rulli che si incastrano slittando su dei cunei è quello di B. H. Stean & G. Dies del 1890

Nel 1897 A. F. C. Lotz brevetta un paracadute che rallenta e ferma la cabina per attrito tra i pattini di cabina e la guida. In pratica, in caso di velocità eccessiva il paracadute blocca la funicella che a sua volta, svolgendosi da un tamburo lo fa ruotare ruotando nel contempo una serie di ingranaggi che spingono i pattini della cabina contro le guide

Un invenzione di un paracadute alternativo che sfrutta l’attrito di una fune sulle pareti della cabina è quello di E. A. Swain del 1898. In questo caso, un limitatore di velocità, in caso di velocità eccessiva, rilascia un contrappeso con puleggia sulla quale gira una fune che entrando in tensione inizia a strisciare sulla cabina ed a spingerla verso una quida. In questo modo, sfruttando l’attrito sia sulla quida che sulla fune l’ascensore doveva rallentare ed arrestarsi.

Nel 1898 ritroviamo un primo esempio di paracadute tenuto in posizione di non intervento da un elettromagnete. Si tratta dell’invenzione di N. Hiss. In pratica assistiamo alla prima presentazione di un sistema preattivato adibito alla sicurezza dell’ascensore contro la caduta della cabina. Questo sistema fungeva anche da freno di stazionamento con cabina ferma al piano o meglio come sistema contro il movimento incontrollato con cabina ferma al piano. Infatti il sistema consiste in due ganasce che se non tenute aperte da un elettromagnete, si stringono sulle guide della cabina arrestandola se è il caso oppure tenendola ferma. Il brevetto di N. Hiss prevede vari tipi di configurazioni elettromagneti – ganasce e freno azionato dalla cabina

Nel 1899 S. B. Trapp deposita un brevetto di paracadute che arresta la cabina mediante dei cuscini d’aria. In pratica, mediante una complessa serie di azionamenti meccanici qualora il limitatore di velocità, di tipo centrifugo, interviene bloccando la funicella. Il blocco della funicella comporta il movimento di una serie di leve che spostano dei supporti posti sotto la cabina che vanno ad intercettare dei pistoni di cilindri tenuti in pressione pneumatica. I cuscinetti penumatici presenti ad ogni piano ed in fossa rallentano ed arrestano la cabina in maniera più dolce di altri dispostivi presenti all’epoca.

Nel 1901G. John presenta un’altro brevetto con paracadute a tenaglia che mediante una leva in cabina funge anche da freno di stazionamento.

Un altro paracadute simile è quello presentato da C. R. Pratt nel 1901

Nel 1902 viene presentata da G. M. Moore una ulteriore variante di paracadute – freno di stazionamento che sfrutta l’attrito di pattini striscianti sulle guide di cabina per arrestare e tenere ferma la cabina

Nel 1903 A. H. Meech deposita un brevetto di paracadute composto da delle tenaglie che stringono sulle guide di cabina per mezzo di un pistone mosso da un circuito ad aria compressa azionabile dall’interno della cabina per tenere ferma la cabina ai piani oppure in automatico in caso di rottura delle funi

Una variante di paracadute con tenaglie preattivate da un elettromagnete è quella presentata sempre da A. H. Meech nel 1903. In questo caso però le tenaglie vanno a stringersi non sulle guide di cabina in legno ma su due bordiglioni in fune d’acciaio posti a fianco delle guide. Nel brevetto sono presentate due disposizioni alternative delle tenaglie.

Un paracadute per ascensori idraulici che rallenta ed arresta la cabina in caso di rottura del circuito idraulico è quello depositato da F. D. Potter nel 1903. Questo paracadute viene azionato automaticamente da una valvola di minima pressione quando la pressione nel pistone scende sotto una soglia preimpostata. Il brevetto prevede poi anche delle varianti per usare il paracadute come freno di stazionamento azionato mediante fune o leva-interruttore in cabina che azionavano una valvola idraulica direttamente nel caso in cui in cabina fosse prevista la fune e indirettamente, mediante un elettromagnete, nel caso in cui invece in cabina fosse prevista una leva-interruttore.

Nel 1903 J. Gavelek deposita un brevetto di paracadute dove delle rotelle, in caso di rottura delle funi o eccesso di velocità, mediante delle semplici leve, vengono spinte dentro dei cunei. Le rotelle, per attrito tendono a incastrarsi tra i cunei e le guide e quindi ad arrestare la cabina. Questo tipo di paracadute diventerà poi, con varie varianti di azionamento e di rotelle, il tipo di paracadute che si sta usando ai giorni nostri.

Un sistema di paracadute basato su viti senza fine è depositato da Mc Clellan Fullenlove nel 1905. Questo sistema, che funge anche da freno di stazionamento azionato dalla cabina si basa su di una coppia di guide tubolari con l’interno scavato con un filetto femmina lungo le pareti. I pattini di cabina sono realizzati da un filetto avente lo stesso passo del filetto presente sulle pareti delle guide ma di diametro inferiore in modo che la cabina potesse muoversi senza che questi due filetti si incontrassero. Solo in caso di azionamento del freno dalla cabina o di rottura delle funi, una serie di leve spingono i pattini filettati sui filetti delle guide facendo rallentare ed arrestare la cabina per attrito. il sistema doveva essere molto complicato da realizzare soprattutto per quanto riguarda le guide

Gli ascensori ad azionamento idraulico con pistone diretto sotto la cabina dotati di contrappeso per poterne aumentare la portata potevano essere anche soggetti a rottura del pistone con distacco dalla cabina; in questi casi la cabina, per via dello sbilanciamento del contrappeso, poteva impattare sul tetto del vano di corsa con velocità pericolose. Questo brevetto depositato da F. C. Furlow nel 1906 previene questo rischio adottando un paracadute a tenaglia azionato da una funicella che si srotola dal tamburo che a sua volta aziona delle viti che stringono la tenaglia. Questo paracadute è applicato sotto il contrappeso e le guide alle quali si stringe a tenaglia sono quelle del contrappeso. La funicella viene svolta quando il pistone posto sotto la cabina inizia ad avere movimenti non solidali con quelli della cabina.

Nel 1908 E. A. Worthington deposita un brevetto di un paracadute basato su di una vite senza fine che normalmente ruota liberamente sulla guida di cabina dotata di una cremagliera. In caso di velocità eccessiva o rottura delle funi oppure mediante azionamento dalla cabina la vite senza fine viene ingranata in un ingranaggio che girando tende a spingere dei dischi rotanti solidali con il suo movimento su dei dischi bloccati solidali con la cabina. I due dischi per attrito tendono a rallentare e fermare i vari ingranaggi che arrivano fino alla vite senza fine arrestando così anche la cabina

Nel 1918 abbiamo un altro esempio di paracadute a cuneo con rotella spinta da una serie di leve che si azionano in caso di allentamento funi o in caso di velocità eccessiva come i sistemi a cuneo dei nostri giorni. Il brevetto è stato depositato da O. Greiner

Un brevetto simile ma con leva che posiziona i cunei azionata diversamente è quello presentato da F. L. Ohler Et Al nel 1932

I concetti di base che si trovano dietro le varie tecnologie ed accorgimenti adottati alla fine del 1800 li si ritrovano ancora oggi con tecnologie e materiali differenti. Ritroviamo i cunei che si incastrano e sfruttano l’attrito con le guide per rallentare ed arrestare la cabina; cambiano i materiali che grazie all’evoluzione tecnologica sono più resistenti e più leggeri, cambiano i metodi di azionamento che sfruttano anche sistemi elettronici per il controllo del loro azionamento. La nuova frontiera che riguarda i paracadute è quella dei sistemi con ganasce, perni o cunei preattivati non più controllati da una funicella ed un limitatore ma da encoder assoluti di sicurezza e relativi circuiti di sicurezza che per ora sono ancora cablati ma che in futuro avranno collegamenti WIFI di sicurezza.

Per consultare direttamente i brevetti potete accedere alla pagina di Google Patents ed inserire in numero di brevetto che trovate nelle immagini.