Автоматические двери: История создания. От механики до магнитной левитации
В какой степени прошлое может «объяснить» настоящее, и предсказать будущее? Почему автоматические двери, появившиеся в рекламных каталогах производителей в 1910 году, начали использоваться лишь в конце 20 века.
В этой статье мы рассмотрим историческую ретроспективу появления автоматических дверей, попробуем разобраться, почему процесс шел так, а не иначе, и немного поговорим про настоящее и будущее автоматических дверей.
Изучение истории изобретения автоматических дверей, является частью обязательной программы повышения квалификации для всех инженеров нашей компании.
Наши инженеры изучают входные группы которые были установлены более 100 лет назад. Это помогает нам видеть развитие подходов к проектированию автоматических входных систем в ретроспективе, понимать все возможные виды отказов которые могут возникнуть, и не допускать ошибок в логике и проектировании.
Первая автоматическая дверь | 1 век н.э.
Первые «автоматические» двери были изобретены греческим математиком и инженером Героном Александрийским примерно в 60-х годах первого века нашей эры.
Устройство автоматических дверей описано в трактате «Пневматика», который, по всей вероятности, представляет собой собрание текстов Герона, написанных на греческом языке и собранных в одну книгу после его смерти.
Самая ранняя сохранившаяся рукописная греческая копия этого текста, датируется 13 веком. Первое печатное латинское издание было опубликовано под названием «Heronis Alexandrini Spiritalium liber» в 1575 году.
Устройство автоматических дверей Герона
Идея заключалась в том, что двери храма должны автоматически открываться, когда зажигается огонь в жертвеннике перед входом в храм, и закрываться, когда огонь гаснет. Основная цель заключалась в том, чтобы создать ощущение мистицизма и намекнуть на божественную силу.
Огонь нагревал резервуар с водой под жертвенником, которая при кипении под давлением пара переливалась во второй сосуд, подвешенный к потолку, который под действием дополнительного веса натягивал веревки, прикрепленные к дверным столбам, и двери «волшебным образом» открывались для зрителей.
Когда огонь потухал, жидкость всасывалась обратно в первый сосуд, второй сосуд становился легче, и противовес начинал тянуть веревки в другую сторону, закрывая двери.
Значение
Автоматические двери относятся к целой серии устройств Герона, которые не имеют практического значения, и которые условно можно отнести к устройствам, основная цель которых, вызывать удивление или даже ощущение чуда у зрителей. По этой причине, такие устройства часто рассматриваются историками техники и науки как несколько маргинальные.
Однако исследователи жизни Герона, утверждают, что такие изобретения не были «изобретением ради изобретения», и уж тем более, не преследовали целей обогащения. В конце концов, поворачивать столбы, прикрепленные к дверям, могли и люди, от этого для зрителей ничего не изменится.
Герон же не скрывал, что столбы приводятся в движение с помощью его изобретения, и именно его наделял божественной силой. Его целью было использование «концепции чуда», для целей признания механики как формы знания, которая бы имела эпистемологический статус наравне с философией или даже превосходила ее.
Такая вот своеобразная популяризация прикладной науки, в противостоянии с господствующей во времена Герона иерархии знаний, в которой изобретения, направленные на полезность, рассматривались как низшая форма познания, а философия — как высшая.
Китай | 7 век н.э.
В эпоху династии Суй, примерно в 600-х годах нашей эры, в Китае автоматические двери использовались в библиотеке императора Ян Ди.
Этот факт упоминается в книге историка Джозефа Нидэма «Наука и цивилизация в Китае», страница 162. Книга высоко ценится среди ученых из-за обширного высококачественного освещения китайских древних инноваций. Нидэм потратил много времени на перевод и расшифровку первоисточников, посвященных развитию науки и изобретениям в Китае. В своей книге Нидэм ссылается на сохранившийся рассказ, в котором кратко, и очень общо, описывается принцип их работы.
«Во дворце императора Ян Ди была огромная изысканно обставленная библиотека. В каждом третьем кабинете была открытая квадратная дверь, перед которой висели шелковые занавеси с двумя фигурами китайских бессмертных небожителей.
Перед этими дверями в земле был устроен своеобразный спусковой механизм. Когда процессия императора в окружении слуг двигалась в библиотеку, от нажатия ступни на механизм, спрятанный в полу перед этими дверями, фигурки небожителей падали вниз, подхватывали занавеси и взмывали на исходное место, а двери автоматически распахивались».
Деталей достаточно мало, но все-таки из интересного можно отметить, использование спускового механизма, который активировал открытие дверей и располагался перед дверью.
Первые автоматические раздвижные двери, которые начнут массово устанавливаться в США, будут иметь схожий механизм активации, они будут активироваться от нажатия на специальный коврик.
Ближний восток | 1136 год
В большом количестве источников, Аль-Джазари упоминается как изобретатель автоматических дверей, и это верно, автоматические двери он действительно изобрел, но есть нюанс.
Автоматические двери Аль-Джазари не были отдельным изобретением как, например, у Герона, а были лишь маленькой частью другого большого и значимого изобретения — водяных часов.
Они описаны в его книге «Книга знаний об остроумных механических устройствах». Эта книга — первоначально рукописная, содержит подробное описание изобретений Аль-Джазари с иллюстрациями.
Что конечно не умаляет выдающегося изобретения Аль-Джазари, но все-таки, мягко говоря, это не двери в прямом понимании этого слова.
Первая автоматическая вращающаяся дверь | 1910 год
Первая «реальная» автоматическая дверь, была вращающейся, их еще называют револьверными или карусельными дверьми.
Тут, пожалуй, будет уместно добавить, что ручные револьверные двери появились лишь немногим ранее — в 1881 году в Германии, но дальше патента дело не пошло. Далее, в 1888 году в США, Теофилус Ван Каннел изобретет их заново, а самое главное, он запустит их производство в промышленных масштабах.
Электродвигатель, который Ван Каннел предлагал устанавливать в револьверные двери
Уже в 1910 году в своем рекламном каталоге револьверных дверей, Ван Каннел предлагает дооборудовать револьверную дверь электродвигателем. Но судя тому, что этому дополнению уделена всего лишь одна страница в 70-ти страничном каталоге, автоматические двери не пользовались особым спросом.
Более 17 лет мы продаем и устанавливаем револьверные двери. За это время мы накопили уникальный опыт, по проектированию входных групп, монтажу и обслуживанию.
Спустя время мы с вами можем предположить почему, во-первых, работа двери была достаточно «топорна», т.е. электродвигатель обеспечивал постоянное вращение лопастей двери, либо был еще вариант, когда вращением управлял швейцар.
Во-вторых, еще не было изобретено практически никаких датчиков, которые обеспечивали бы безопасность, и комфортное прохождение через дверь.
В-третьих, размеры ручных дверей, были достаточно минималистичны (до 3 метров в диаметре), за счет снижения веса, изобретатели старались минимизировать усилие, которое нужно приложить чтобы открыть дверь. А Ван Каннел предлагал двигатель именно как «опцию» к ручной двери.
Все это приводило к тому что через небольшую автоматически вращающуюся дверь, было достаточно некомфортно проходить. Современные автоматические двери достигают в диаметре 6 метров.
Первая автоматическая распашная дверь | 1931 год
В 1931 году появляется множество патентов, и реальных кейсов использования автоматических распашных дверей.
Важной особенностью всех патентов и решений, которые были реализованы в 30-х годах, является то, что изобретатели пытаются не просто «изобрести» привод, открывающий и закрывающий дверь. Изобретатели пытаются реализовать систему, состоящую из системы датчиков, которые бы активизировали открытие двери при приближении человека, и после прохода человека, автоматическое их закрытие.
Один из самых известных кейсов, которые, как это водится у американцев, в скорости превратился в реальный бизнес — это автоматизация распашных дверей в ресторане Wilcox’s Pier в Вест-Хейвене, штат Коннектикут.
Самые первые автоматические распашные двери установленные по патенту Шелдона Роби в ресторане Wilcox’s Pier
Открытие дверей активировалось при пересечении официантами луча (приемник и передатчик находились в тумбах), дверь открывалась перед официантами, которые несут блюда или посуду, и автоматически закрывалась после прохода.
Более 17 лет мы в «Интемс» продаем и устанавливаем приводы для распашных дверей. За это время мы накопили уникальный опыт, по проектированию входных групп, монтажу и обслуживанию.
Изобретателями системы автоматических дверей, установленных в ресторане Wilcox’s Pier, были Шелдон Роби и Гораций Рэймонд. В 1931 году они запатентовали свое изобретение, правопреемником является компания Stanley Works.
Схематический рисунок из патента Шелдона Роби и Гораций Рэймонда
Хотя компания Stanley известна, прежде всего, своим ручным и электроинструментом, в какой-то момент от них отпочковалось самостоятельное направление Stanley Acess Tecnologies, которое как раз и занимается автоматизацией дверных систем с того самого первого патента Шелдона Роби и Горация Рэймонда.
В последующие 30 лет Шелдон Роби зарегистрирует еще много патентов, которые так или иначе связаны с автоматикой дверей: это и защита пальцев от защемления, и усовершенствованные приводы двери, и другие.
На один из патентов, пожалуй, стоит обратить особое внимание, так как, несмотря на то, что система активации открытия двери была решена с помощью «лучевой системы», оставалась масса вопросов, которые должны были быть решены, для комфортного использования дверей. Это и скорость открытия и закрытия, это и безопасность, чтобы человека, остановившегося в проеме, не зажало. Только в 50-м году, Шелдон Роби предложил решение, которое не было идеальным, но снимало множество вопросов связанных с комфортом и безопасностью прохода.
Датчик открытия двери в виде коврика
В 1950 году Шелдон Роби от компании Stanley подает патент на систему открывания дверей посредством чувствительного коврика.
Коврик состоял из двух токопроводящих металлических пластин, между которыми находился такой же по площади электроизоляционный материал, Роби использовал резину.
В этой резине были сделаны отверстия. Все толщины и размеры отверстий подбирались таким образом, чтобы в покое верхняя металлическая пластина не соприкасалась с нижней, а при нахождении сверху человека резина не мешала контакту между пластинами через отверстия.
Изображение чувствительного коврика из патента Шелдона Роби
Дополнительно в отверстия к одной из пластин крепились, так называемые «контактные кнопки», похожие на шляпку от шурупа. Они были изготовлены из токопроводящего материала и были нужны для обеспечения гарантированного контакта между пластинами. Вся эта конструкция была встроена в электрический контур.
К минусам чувствительного коврика можно отнести его недолговечность. В более поздних патентах на чувствительные маты отмечалось, что места контакта пластин «прикипали» или даже «выгорали» из-за излишков тепла, образовавшихся при контакте пластин, образовывая нечувствительные зоны, которые, опять же, не позволяли безошибочно детектировать присутствие человека на коврике.
В любом случае, в таком виде двери стали более безопасными. При нахождении людей в зоне чувствительности мата (а эту зону Роби старался сделать равной всей площади коврика, и даже перевыпустил несколько патентов, которые относились именно к чувствительному мату), двери удерживались в открытом состоянии, а сам коврик располагался по одну или по обе стороны от двери на равнозначной площади, смотря, требовалось ли открытие двери с двух сторон или только с одной.
Такая конфигурация дверей и коврика была более безопасной, и просуществовала до изобретения раздвижных автоматических систем.
Не только Stanley
1931 год, как я уже упоминал выше, выдался «урожайным» на патенты и установки автоматизированных распашных дверей.
Вот, например, видео снятое в 1931 году, в одном из ресторанов Лондона, на нем демонстрируется работа распашной автоматической двери. Изобретатели и инсталлятор неизвестны, но видео вот сохранилось.
Работа распашной автоматической двери в одном из ресторанов Лондона
Из любопытных патентов, я бы, пожалуй, упомянул патент General Electrics на автоматизацию распашной двери. На который своим патентом несколько позже ответили их любимые партнеры компания Вестингауз. Выглядит как продолжение «битвы токов».
Все это относительное многообразие реализованных проектов и патентов говорит лишь об одном, в 1930-х годах был тот момент, когда был создан запрос на автоматизированные входные системы, а то, что в борьбу постарались вписаться даже энергетические корпорации, похоже свидетельствует о том, что звучал этот запрос уже достаточно громко.
В 1937 году компания Stanley создала рекламный каталог своих автоматических дверей под броским названием «Magic doors». В каталоге указаны с дюжину мест, где к тому времени были установлены их двери, там же в каталоге есть несколько рекомендательных писем, где клиенты достаточно информативно описывают преимущества, которых им удалось добиться с помощью автоматических распашных дверей.
Первая автоматическая раздвижная дверь | 1960 год
Кроме энергетических корпораций, еще два американских гражданина, чувствовали, куда ветер дует. Ди Хортон и Лью Хьюитт приступили к изобретению автоматической раздвижной двери в 1954 году.
Идея изобретения такой автоматики посетила Лью Хьюитта и Ди Хортона, когда они увидели, что вращающиеся двери с трудом работают при сильном ветре, который не был редкостью в городе Корпус-Кристи, где они жили и работали. Современные автоматические револьверные двери лишены этого недостатка, так как в них существуют механизмы, которые предотвращают самопроизвольное вращение.
Так эти два джентльмена решили изобрести автоматическую раздвижную дверь, которой нипочем сильные ветра и их разрушительный эффект.
Компания Horton Automatics Inc была основана в 1960 году, в этом же году они выпустили на рынок первые коммерческие автоматические раздвижные двери и, по сути, основали совершенно новую отрасль.
Их первая автоматическая раздвижная дверь, введенная в эксплуатацию, была подарена городу Корпус-Кристи для коммунального отдела Шорлайн-Драйв. А первая из проданных раздвижных автоматических систем была установлена в старом отеле Дрисколл в ресторане Torch.
Более 17 лет мы в «Интемс» продаем и устанавливаем приводы для раздвижных дверей. За это время мы накопили уникальный опыт, по проектированию входных групп, монтажу и обслуживанию.
Итак, в 1960 году был зарегистрирован патент на имя Лью Хьюитта на первый привод автоматической раздвижной системы. Правопреемником, естественно, является компания Horton Automatics.
Первый привод раздвижной двери Ди Хортона и Лью Хьюитта
Вот какое обоснование изобретения было указано в патенте:
«Задачей изобретения является создание автоматического привода раздвижной панели, имеющего прямое соединение и находящегося в одной плоскости с раздвижной панелью, чтобы обеспечить быстрое и автоматическое открытие и закрытие панели при ее активации.
Еще одна цель изобретения, заключается в создании конструкции соленоида, клапанов и электрических схем, которые будут обеспечивать демпфирующее или амортизирующее действие ближе к концу цикла открытия и закрытия раздвижной панели, а также обеспечивать плавную и быструю работу без ударов.
Другой целью изобретения является создание привода сдвижной панели без составных рычажных креплений и обеспечение прямого крепления к сдвижной панели без пружин или противовесов, необходимых для закрытия панели».
В общем, инженеры внедрили сразу несколько изобретений, чтобы сделать действительно уникальную систему.
В патенте указано, что активация открытия двери происходило автоматически, для этого использовался все тот же чувствительный коврик (для него был зарегистрирован отдельный патент), который зарекомендовал себя как надежное устройство для обеспечения автоматики дверей.
В таком виде автоматические раздвижные двери просуществовали до тех пор, пока не была изобретена система с обнаружением движения. И, тем не менее, раздвижные автоматические двери считаются большим и прогрессивным шагом от обычных магазинов к мегамоллам в том виде, в котором они существуют сейчас.
У компании Horton Automatics было еще несколько интересных патентов на раздвижные системы, например патент на раздвижную дверь, которая в экстренных случаях может открываться как поворотная. Можно сказать, что это первый патент на раздвижную дверь с функцией «антипаника».
Не только Horton Automatics
Как и в случае с распашными дверями, Horton Automatics, очень быстро потеряли статус единственных производителей распашных дверей.
На видео снятом в 1664 году вы можете видеть автоматические распашные двери в новом отеле, построенном в аэропорту Лондона.
Датчики движения | история продолжается
История изобретения датчиков движения неотделима, от истории развития автоматических дверей.
Ультразвуковые датчики | 1947 год
Некоторые источники связывают автоматику дверей с датчиками, которые были разработаны и запатентованы Самюэлем Баньо в 1947 году. Баньо действительно запатентовал датчик движения для охранных систем, но это был ультразвуковой датчик, который было бы проблематично использовать с дверной автоматикой. Датчик был изобретен как акустический и объемный извещатель, только для помещений, и на открытых пространствах давал бы много ложных тревог.
Микроволновые датчики | 1962 год
Далее автоматические раздвижные двери прошли через несколько этапов усовершенствования. В 1962 году был открыт «эффект Ганна» (назван по имени физика, который его открыл), после этого появились так называемые диоды Ганна, которые позволили создать микроволновые датчики движения, а они, в свою очередь, практически сразу стали использоваться в раздвижных автоматических дверных системах.
Так, например, компания Stanley Acess Tecnologies, которая не остановилась на распашных автоматических дверях, очень быстро взяла на вооружение новую технологию, и в том же 1975 году выкатила свою первую полностью автоматическую раздвижную дверь, которая контролировалась с двух сторон микроволновыми датчиками.
Датчик излучал волны определенного диапазона и, основываясь на эффекте Допплера, сопоставлял характеристики отраженного от предметов излучения.
Инфракрасный датчик | 1970 год
В 1970 Гелберт Л. Берман подал патент на инфракрасную систему контроля за проникновением, а если по-простому, он создал почти современный датчик движения или пир-детектор. До него инфракрасные системы обнаружения разрабатывались только в качестве военных технологий для армии, можно сказать этот человек был первым, кто создал инфракрасный датчик для бытовых систем охраны. Позже, конечно, такая система обнаружения была усовершенствована линзой Френеля и другими более чувствительными материалами.
Первый инфракрасный датчик Optex для автоматических дверей
В 1980 году компания Optex, которая была основана в 1979 году, разработала и представила первый в мире специализированные датчик для автоматических дверей, работающий на использовании дальнего инфракрасного излучения.
Компанию основал японский изобретатель Кобаяши Тору, именно с датчика, который он придумал, и началась история компании Optex. Однако текста патента или какого-либо описания этого самого первого датчика не нашлось в патентных базах, возможно потому, что патент был зарегистрирован в Японии, но находятся более поздние патенты на инфракрасные системы обнаружения Optex.
Первый инфракрасный датчик для автоматизации дверей, использовал для обнаружения инфракрасное излучение и работал по принципу пир-детектора, он был не излучателем, а приемником излучения.
Следующие 40 лет компания Optex развивала свое влияние в мире, открыла представительства в Европе, Америке, Китае, открыла производство на Тайване и в Китае, и сейчас является одним из лидеров рынка. Линейка продуктов Optex не ограничивается одними сенсорами автоматических дверей, но это важная часть производства Optex, развитию которой компания уделяет значительное внимание.
Выводы
Несмотря на то, что первый прототип автоматической двери, появился 2000 лет назад, оглядывая историческую хронологию развития автоматических дверей, становится понятно — что без датчиков, которые бы обеспечивали активацию открытия и закрытия дверей, обеспечивали бы безопасность и детекцию человека в требуемой зоне обнаружения, автоматические двери использовать не особо возможно.
К 1980-м производители дверей оказались вооружены и опасны, полным набором технологий, которые нужны для изготовления датчиков. И по миру началось победоносное шествие автоматических дверей.
Ближе к 90-ым, в основном в западных странах, стали появляться законы о недопустимости дискриминации людей с ограниченными возможностями.
Все это привело к автоматическому включению автоматических дверей в проекты новых зданий.
В настоящее время автоматические двери представляют собой многомиллиардную индустрию, охватывающую почти все страны мира.
Да и технологии производства перетерпели большие изменения, например самые продвинутые производители используют магнитную левитацию вместо механических элементов.
В таких дверях дверные панели приводятся в движение непосредственно бесконтактными магнитными полями, а не обычной системой из ремней или зубчатых передач. Это создает чрезвычайно компактную автоматизированную систему с низкой степенью износа, обеспечивающую абсолютно бесшумное движение.
Мы в «Интемс» 15 лет занимаемся проектированием, поставкой оборудования и монтажом автоматических дверей, и накопили значительный опыт и с удовольствием им делимся, в рамках наших бесплатных консультаций.
