Asansör Nedir?

Hızlı kentleşmenin getirdiği arsa değerlerindeki artış nedeniyle, yüksek katlı binalara olan ihtiyaç ve eğilim, düşey transport sistemleri konusunda çalışmalar yapılmasını teşvik etmiş ve asansörler, yürüyen merdivenler gibi sistemlerin yapılarda kullanımı hız kazanmıştır.

Modern yapıların yükselmesi sonucu, hızlı ve yüksek teknolojinin kullanıldığı asansörlere ihtiyaç artmıştır. Yüksek bina yapımının getirdiği ihtiyaçla birlikte; sağlanacak rahatlık ve çabukluk gözetilerek, yük ve insanların düşey doğrultuda taşınabilmesi için ilk çağlardan itibaren çeşitli sistemler geliştirilmiş ve günümüzde de bu konuda yenilik ve gelişimler devam etmektedir.Bunun sonucu olarak günümüzde asansör ve yürüyen merdivenler günlük hayatın vazgeçilmez unsurları haline gelmişlerdir. Bu çalışmada, düşey transport sistemlerinin tanımı ve sınıflandırılması esas alınarak, tarihsel gelişimi incelenerek, günümüzdeki yenilikler ve yakın gelecekteki uygulamaları hakkında bilgi verilmiştir.

1. GİRİŞ

Düşey transport sistemleri, asansörler ve yürüyen merdivenler olmak üzere iki ana grupta toplanabilir. Asansörler, belirli seviyelerde hizmet veren , esnek olmayan ve yatay düzlemle 15º den fazla bir açı oluşturan raylar boyunca hareket eden bir kabine sahip olan ve insanların ve yüklerin taşınmasına yarayan elektro-mekanik tesislerdir. Asansörler 100 yıldan daha uzun bir zaman diliminde insanlara yüksek katlı binalarda hizmet vermektedir.
Asansörlerin yanı sıra yürüyen merdivenler de düşey transport tekniği endüstrisinin önemli bir kısmıdır. Asansörlerle aynı fonksiyonu yerine getirmesine rağmen yürüyen merdivenler daha basit bir mekanizmaya sahiptir. Yürüyen merdivenler sürekli çalışan sistemi ile yolcuların katlar arasında taşınmasını sağlar. Yürüyen merdivenler zincir mekanizmasına bağlı hareketli basamaklarla yolcuları taşıdığı gibi ikinci bir dişli sistemi ile el bandını senkron olarak hareket ettirir. Bu çalışmada asansörlerin ve yürüyen merdivenlerin tarihsel gelişimi incelendikten sonra, konuyla ilgili güncel kullanım ve gelecekteki uygulamaları ele alınmıştır.

2. ASANSÖRLERİN TARİHSEL GELİŞİMİ

Yolcu taşıyan ilk asansör, Fransız Kralı XV. Louis için günümüzden 250 yıl önce Versailles sarayına yerleştirilmiştir. Bu asansör bazı ağırlık dengeleriyle hareket etmekte ve insan gücü ile çalışmaktaydı. İngiltere de 1830 yıllarında, direkt hidrolik tahrikli yük asansörleri, 1835’te de buhar makinası ile çalışan bir transmisyon milinden kayışla hareket alan, “teagle” denilen asansörler yapılmıştır.

Elisha Graves Otis 1853 yılında, düşmeye karşı emniyet düzeni olan ilk asansörü Crystal Palace New York’ta kurarak, seyirciler önünde bizzat halatı kesmek suretiyle güvenliği ispatlamıştır. Şekil 2 ‘de Crystal Palace New York’ daki ilk asansör görülmektedir. Sürekli çalışan bir transmisyon milinden, düz ve ters kayışlarla hareket almak yerine, Otis 1855’de, kendi buhar makinası ile çalışan asansör yapmıştır.
Modern anlamda ilk asansör ise 1857 yılında New York’da bir iş merkezine Elisha G. Otis tarafından tesis edilmiştir. Buhar makinası ile çalışan ilk asansörünün kurulmuş olması New York şehrinde buhar borusu şebekesi yapılmasına, buharlı asansörlerin yaygın olarak kullanılmasına yol açmıştır. Diğer taraftan, büyük şehirlerde basınçlı su şebekesi kuruluşu da, hidrolik asansör yapımı konusuna eğilimde etken olmuştur. Paris’te ilk “güvenli hidrolik asansör”, Leon Edoux tarafından yapılıp (ascenseur) deyimi ile adlandırılarak 1867 Paris sergisinde tanıtılmıştır. 1868 yılında da, New York’ta Equitable Life Assurance Building işhanına ilk asansör takılmıştır. Halatlar üzerinde etkili ilk indirekt hidrolik asansörü 1878’de Otis firması tarafından yapılmıştır. Aynı yıl içinde, Otis, hız regülatörü ilavesi ile asansör paraşüt düzenini geliştirmiştir. Yüksek hızlı ve aynı anda hareket eden dört birimden oluşan ilk grup asansörler New York’da Boreel binasına 1879 yılında Otis Elevator Co. Tarafından yerleştirildi. 1880 yılında ise, Manheim Endüstri Sergisinde, Siemens ve Halske Firması 22 metre yüksekliğinde bir binaya ilk elektrikli asansörü yerleştirdiler.
Otis, 1889 yılında sonsuz vida mekanizmalı ve halat tamburlu, elektrik motoru ile direkt bağlantılı asansör makinasını yapmıştır. Otis tarafından 1892 yılında asansör makinasında Ward-Leonard tahriği uygulamış, 1894yılında ise ilk basma düğmeli kumandayı gerçekleştirmiştir.
1900 yılında, Fransız de Bueren, New York’ta redüktörsüz asansör makinasını German-American House’a kurmuştur. 1904 yılında Otis firması, redüktörsüz ve tahrik kasnaklı asansörü yerleştirmiştir.
Tahrik kasnaklı sistemlerin, asansör tahriğinde uygulanan diğer tarzlara göre, önemli üstünlükleri vardır. Asansör hareket mesafesi, pratik olarak sınırsızdır. Makina yapısı, bina yüksekliğine ya da asansör hareket mesafesine bağlı değildir. Tahrik kasnağı çok sayıda halat kullanma olanağı verir. Bu da, işletme güvenliğinin artmasına, ayrıca küçük çaplı kasnak kullanılmasına yol açar. Diğer taraftan, en üst durağı aşarak tavana doğru gidiş haline ve raylar arasında sıkışma sonucu halat boşluğu tehlikesine karşı kendiliğinden önleyici etkilidir.
Asansör yapımında önemli yeri olan tahrik kasnağı, 1877 yıllarında Alman madenciliğinde kullanılan tahrik kasnaklarının (Koepescheibe) daha gelişmiş şekli olarak kabul edilmektedir. Hesap şekli daha eskiden bilinen J.A.Eytelwein (1764-1848) tahrik kasnağı, çalışma saatleri toplamı 35 yıla ve hareket mesafesi toplamı 400.000 km’ye varan çok dayanıklı bir tahrik elemanıdır.

Amerikan konstrüksiyonlarında tahrik kasnakları yuvarlak yiv profilli olup, yeterli kuvvet iletimini sağlayabilmek için ağır ve pahalı bir yapımı olan iki kat halat sarımını ve karşı kasnak kullanılmasını gerektirmekteydi. Hemen aynı yıllarda İngiltere’de görülmeye başlanan tahrik kasnaklarında V- profilli yivler bulunmaktadır. Tek kat halat sarımlı olan bu tip, Amerikan asansör yapımcıları tarafından 1919 yılında adapte edildikten sonra, tamburlu asansör yapımı gitgide azalmıştır.
Asansör mühendisleri 1915 yılında “hassas seviye düzeni” uygulamışlardır. Tahrik kasnaklı asansörler üzerinde, 1927 yılında, Dipl.-Ing. Hymans ve Hellborn, ayrıca Prof.Donadt tarafından yapılan bilimsel araştırma ve yayınlardan sonra, çeşitli yiv profilleri, yapım tarzı gelişimini tamamlamış ve günümüze kadar ulaşılmıştır.
Son yarım yüzyıl içinde, işletme güvenliğini, kullanma rahatlığı ve kolaylığını artırıcı yönde, özellikle elektrik ve elektronik olarak büyük ilerlemeler görülmüştür. Günümüzde 300 metre yüksekliği aşan binalar ve kuleler yapılmış olup, asansör hızları saniyede 7 metreye ulaşmıştır.
Asansör kabininin kablo bağlantısı bulunmayan, kumandaların elektro-manyetik olarak iletildiği duruma kadar gelişme sağlanmıştır.

3. YÜRÜYEN MERDİVENLERİN TARİHSEL GELİŞİMİ
Malzemeleri eğik düzlemde taşıma düşüncesi eski zamanlarda ortaya çıkmış ve uygulanmış olmasına karşın malzemelerin hareket eden düzlemsel yüzeylerde taşınması fikri yakın geçmişte ortaya atılmıştır. Yürüyen merdivenlerin gelişmesinde ve günlük hayatımızda bugünkü yerini almasında, Nathan Ames, Jesse W.Reno, Jacques Halle, George H.Wheeler, Charles D.Seeburger ve James M.Dodge’nin üstün gayretleri ve katkıları bulunmaktadır [4-6].
Yürüyen merdivenlere ait ilk patent Nathan Ames tarafından “Revolving Stairs” adı ile 1859 yılında Amerika’da alınmıştır (Şekil 4). Bu patent ile tescilli yürüyen merdiven tırnaklı basamakların zincir ile tahrik edilmesi esasına göre çalışmaktadır ve sabit tırabzanlara sahiptir ancak bu patent adı altında hiçbir üretim yapılmamıştır.

İlk yürüyen merdiven Worl Fair Ground’da Chicago’da 1892 yılında yerleştirildi. Jesse W.Reno tarafından gerçekleştirilen yürüyen merdivenin ilk kullanıldığı yer ise Coney Island’dır. 1896 yılında Old Iron Pier binasına yerleştirilen yürüyen merdiven her biri 100 mm genişliğinde ve 600 mm uzunluğunda parçalardan oluşan bir konveyör yardımıyla çalışmaktaydı. Bu patent yürüyen merdiveni oluşturan düzlemleri bu düzlemlere paralel konumda olan tek bir adet zincirle tahrik etme esasına göre tasarlanmıştı. Bu yürüyen merdiven yatay ile 25 derecelik bir açısı, sabit bir tırabzanı ve kat düzlemlerine çıkış kısımlarında tarak plakaları vardı. Üçgen şekilli bir platformu destek alan bu rampa en üst ve en alt kısımlardaki dişlilere sarılı bir kayış vasıtasıyla hareket etmekteydi.
Modern ilk yürüyen merdiven patenti 1892 yılında George H.Wheeler tarafından alınmıştır. Wheeler patenti almasına rağmen, hakları 1898 yılında Charles D. Seeburger’e devretti. Seeburger’in geliştirdiği modelin ilk denemeleri 1899 yılında New York’ta bulunan Otis Elevator Co. firmasının tesislerinde gerçekleştirildi. Seeburger’in yürüyen merdivenin ilk kullanımı 1900 yılında Paris Fuarında gerçekleşti. İngiltere’de Seeburger’in dizaynı olan ve 13 metre uzunluğundaki ilk yürüyen merdiven ise 1911 yılında Londra’da Earls Court metro istasyonunda hizmete girmiştir. Seeburger tarafından geliştirilen 7 m çapında ve 10.7 metre tırmanma yüksekliğindeki ilk spiral yürüyen merdiven 1906 yılında patent alınarak Londra metrosunda kullanılmaya başlanmış ancak 1911 yılında kaldırılmıştır. Reno’nun 1900 yılında yaptığı yürüyen merdiven dizaynı görülmektedir. Yürüyen merdiven anlamındaki “Escalator” ismi ilk defa 1912’de Otis Elevator Company tarafından bir reklam broşüründe kullanılmıştır. Modern anlamdaki ilk yürüyen merdiven 1960’lı yıllarda dikkati çekti ve 1970’li yılların sonlarında ise yürüyen merdivenler ile ilgili gelişmeler hız kazandı. Bu dönemdeki yürüyen merdivenlerin giriş hızı yaklaşık 0.5m/s, yolcu taşıma hızı 7m/s ve yolculuk sona ererken çıkış hızı tekrar 0.5m/s olmaktaydı. Bu uygulamalarda tırabzan hızının yürüyen hızına, basamak pozisyonunun ve hızlarının birbirlerine uyumu vb. gibi birçok özelliğin tekrar gözden geçirilmesi gerekliydi. Bu gelişmeler tamamlandığında yürüyen merdivenler ile 60 ile 600 metre arasındaki mesafelerin düşey olarak katedilmesi olanaklı hale gelmişti. Mesafeler dikkate alındığında otomatik olarak hareket eden bu taşıma sistemi optimum bir çözüm sağlamıştır.

4. GÜNÜMÜZDE ASANSÖR
SİSTEMLERİNDEKİ MEVCUT UYGULAMALAR

Son senelerde, polimer malzemelerin düşey transport sistemlerinde önemli bir yeri bulunmaktadır. Asansör ve yürüyen merdivenlerde poliüretandan imal edilmiş parçalar kullanılmaktadır. Asansörlerde poliüretan malzeme daha çok kasnak ve çekme kayışı olarak kullanılmaktadır. Asansörlerde bir diğer yenilik ise alüminyum kabinlerdir. Bilindiği gibi alüminyum doğada fazla miktarda bulunmakta ve oldukça hafiftir.

4.1. Makina Dairesiz Asansör Sistemleri
Günümüzde arsa fiyatlarının artmasıyla inşaat sektörleri binalarda asansörlere ayrılan yerleri azaltmaya gitmişlerdir. Makina dairesiz asansörlerde adından da anlaşıldığı üzere makina dairesine ihtiyaç olmayan sadece asansör kuyusu hacmine sahip asansörlerdir. Makina dairesiz asansörler hem yeni hem de mevcut binalara uygulanabimekte, böylece klasik anlamda makina dairesi olarak kullanılacak alan daha karlı amaçlar için kullanılabilmektedir [7]. Makina dairesiz asansörlerin avantajları ise;
1. Makina dairesinin olmamasından dolayı bina alanlarından kazanç sağlanması,
2. Hassas duruşun sağlanması,
3. Yeni ve mevcut binalara montaj imkanı,
4. Kaldırma ünitesinin üstün performansı ile sessiz
ve konforlu seyir,
5. Enerjiden tasarruf,
6. İskelesiz montaj,
7. Bina statiğine uygun çözüm,
8. Çevreye zarar vermemesi,

Makina dairesiz asansörler daha yoğun yolcu trafiği yüksek ticari binalarda tasarımcılar, inşaatçılar ve bina sahipleri için büyük avantajlar sağlamaktadır. Yüksek kapasiteli asansörlerde çok katlı mağaza ve alışveriş merkezlerinde, eğitim, kültür ve sağlık kuruluşları için ideal bir çözüm sunmaktadır.

Asansörlerde Kullanılan Yeni Halat Mekanizmaları

Asansör halatı olarak genellikle çelik halatlar kullanılmaktadır. Çelik halatların, çok ağır olması, çalışma esnasında çıkardığı gürültü, aşınma payının yüksek olması ve yağlamadan dolayı pek pratik olmamaktadır. Çok yüksek binalarda çelik halat kullanılamamaktadır. Çünkü halat bo yu uzadıkça halatın ağırlığı artmakta, kendi ağırlığı nedeniyle kırılmaktadır. Bütün bu olumsuzluklardan dolayı, düşey transport sistemlerinde yeni halat malzemeleri araştırılmaktadır. Bunlardan biriside aramid halatlardır [11, 12].
Aramid fiberler 1970’li yılların başında Dupont tarafından tanıtılmış aromatik polyamidlerdir. İlk havacılık alanında uygulanan aramid fiberlerin çok geniş kullanım alanı bulunmaktadır. Düşey transport sistemlerinde de halat malzemesi olarak kullanılmaktadır. İlk defa Schindler,
300.000 tek aramid lifinden tam sentetik asansör halatını yapmıştır [13]. Aramid halat ve iç yapısı Şekil 7’de görülmektedir [14].
Şekil 7. Aramid halat ve iç yapısı

Çelik halatlarla kıyaslandığında dört kat daha hafif ve aynı kapasitede yükü taşıyabilmektedir. Örneğin, 1 metre uzunluğundaki aramid halatların ağırlığı sadece 150 gram olmasına karşın aynı 11mm kalınlıkta ve aynı uzunluktaki çelik halat yaklaşık yarım kilo ağırlığındadır. Ayrıca
içine işlenen karbon fiberleri sayesinde, hasarı algılayabilmekte ve en yakın servis merkezine bildirebilmektedir [12]. Aramid halatların avantajlarını şu şekilde sıralanabilir;
• Hafiflik,
• Dayanım,
• Korozyon olmaması,
• Uzun ömür,
• Düşük bakım,
• Aramid fiberlerin elektrik davranışlarının izlenebilmesi.
En çok ticarette kullanılan aramid halatların adı “parafil” halatlardır. Parafil halatlar 1969 yılında Linear Composites Ltd. Şirketi tarafından üretilmiştir. Kullanılan fiber tipine göre standart üç tip parafil vardır. Bunlar tip A, F ve G parafil halatlardır. Tablo 1’de parafil tipleri A, F ve G halatlarının mekanik özellikleri verilmiştir [13].
Tablo 1. Parafil tipleri
A, F ve G halatlarının mekanik özellikleri
Makina dairesiz asansörlerde kullanılan poliüretan kaplı çelik kayışlar, ağır ve rijit çelik kablolardan daha iyi performans vermektedir. 3 mm kalınlıkta, 30 mm genişlikte ve 12 adet yüksek dayanıma sahip çelikten yapılmaktadır. 12 adet çelik kordonda 7 adet telden oluşmaktadır. Dayanım ve aşınma bakımından çelik halatlardan daha iyidir. Şekil 8’de Otis firması tarafından kullanılan poliüretan kaplı çelik kayış görülmektedir [8,14].
Şekil 8. Poliüretan kaplı çelik kayışlar

5. GELECEKTE ASANSÖR
SİSTEMLERİNDEKİ UYGULAMALAR
Asansörlerden beklenen taleplerin artmasıyla, klasik kontrol sistemlerinin yanı sıra bilgisayar teknolojisinin kullanıldığı kontrol sistemlerinde çalışmalar yaygınlaşmıştır. Asansör kontrol ve simülasyonu konusunda yapılan çalışmalar daha çok yapay sinir ağları, bulanık mantık ve genetik algoritmaların ele alındığı ve kontrol algoritmaların kullanıldığı çalışmalardır. Bu çalışmalara bakıldığında asansör performansını belirleyen ortalama bekleme zamanının tatminkar derecede azaldığını ve klasik kontrol sistemlerine göre daha iyi sonuçlar verdiği görülmüştür.
İlerde yapılacak olan yapay zeka çalışmaların da asansör kontrol sistemlerinin daha zeki ve öğrenme yeteneğine sahip, daha fleksible ve bekleme zamanını minimize edecek sistemler olması beklenmektedir [15].

5.1. Uzay Asansörü
Günümüzde uzayla ilgili tüm çalışmalarda ve taşımacılıkta kullanılan araç roketlerdir. 1960’lardan sonra ikinci bir alternatif olarak uzay asansörü düşünülmeye başlanmıştır. Temel düşünce dünya yüzeyinden 35800 km yükseklikte bulunan jeosantrik yörünge ötesine bir halat asmaktır. Şu andaki planlar 50 km yüksekliğinde bir ana kulenin yapılarak kablonun bu kulenin üzerine bağlanmasıdır. Kablo yapısının dünyaya karışmaması için istasyon yörüngesindeki büyük bir kütleye bağlanacaktır. Sistemin çalışması için kütle merkezinin istasyon yörüngesinde olması gerekmektedir.

Kablo dünya etrafındaki yörüngede olacaktır. Asansör yolu, kule kenarlarından yükselmeye başlayacak ve kablolar farklı yüksekliklerdeki platformlara doğru gidecektir. Bu
yollar, elektromagnetik araçların binlerce kilometre sürat yapmasına olanak sağlayacaktır. Kavramsal dizayna göre kule konstrüksiyonunun çok yüksek olması ve rüzgara karşı hassaslığından dolayı ekvator bölgesinde yapılması en uygun çözümdür [16].
Uzay asansörü dünya yörüngesine ve diğer gezegenlere erişim için ideal bir yöntemdir. Malzemelerin gelişimi ve üretim olanaklarının artmasıyla uzay asansörü bugün gerçekleşmese de yakın bir gelecekte teknolojik olarak bu mümkün olacaktır. Pat Rawling tarafından hazırlamış uzay asansörünün transfer istasyonundan, uzunluğunu gösteren dünyaya doğru hazırlanmış bir konsepti Şekil 9’da görülmektdir.
Şekil 9. Pat Rawling tarafından geliştirilen
uzay asansörüyle ilgili bir konsepti

5.2. Halat Mekanizmaları
Binalarda kullanılan asansörlerde, yakın gelecekte denge ağırlığı ve halatları tamamen kaldırılması düşünülmektedir. Bazı asansör firmaları, halatsız asansör tasarımı üzerine çalışmaktadırlar. Çok yüksek binalar yapıldıkça, hafif olan aramid halatlar bile yer kaplamaktadırlar. Bu ne denle Japon araştırmacılar, serbest hareket eden asansörler üzerine çalışmaktadırlar. Bu asansörler, süper trenlerde olduğu gibi manyetik askı ilkesine göre yapılması planlanmaktadır. Yani, kabin birbirini iten aynı kutuptaki iki mıknatısın oluşturduğu manyetik yataklar üzerinde
hareket edecektir. Dairesel hareket yerine lineer hareket sağlayan bir motor ile işletim sağlanacaktır. Halatlar kaldırıldığı zaman asansör boşluğunda birden fazla kabin yerleştirilebilir [12].
Asansör halat malzemelerinde bir diğer yeni malzeme olarak karbon nanotüpler düşünülmektedir. 1991 yılında NEC firmasında çalışan Japon araştırmacı Sumio Iijima karbon nanotüpler olarak adlandırılan malzemeyi bulmuştur [17]. Bu malzeme bugün uzay asansörünün halat malzemesi olarak kullanılmasında düşünülmektedir. Çünkü mukavemet, şekil faktörü ve hafiflik bakımından karbon-nanatüpler çelik, kevlar ve bildiğimiz bütün diğer malzemelerden daha üstün özelliklere sahiptir. Beş yıl gibi bir sürede çelikten çok daha sağlam olan bu malzemeler den çok miktarda halat üretimi yapılacaktır. Karbon- nanotüplerin yapısı Şekil 10’da görülmektedir.

Şekil 10. Karbon-Nanotüp
6. SONUÇ
Çok yüksek binalarda, asansörsüz çıkmak ve inmek adeta imkansız hale gelmiştir. Bu binalarda yaşayan insanların hayatlarında asansörler çok önemli bir yer tutmaktadır. Asansörler olmasaydı bugün metropol kentlerde olmazdı. Teknoloji artıkça asansörlerinde gelişen bu teknolojiye uyumlu olması ve yüksek katlı binalarda yaşayan insanların ihtiyaçlarına cevap verebilmesi gerekmektedir. Geleceğin asansörleri hem daha kullanışlı hem de daha akıllı olacaktır.