승강기 도어 시스템 속 특별한 특허기술들

승강기 도어 시스템 속 특별한 특허기술들

 

승강기 도어 시스템은 승강기 안전사고와도 밀접한 관계가 있다. 승강기 도어 시스템에서 발생하는 안전사고 중 가장 주종을 이루는 것이 승강장 도어 이탈에 의한 추락사고이다. 이를 막기 위한 다양한 관련 기술 중 현재 등록된 특허를 통해 살펴보도록 한다.
글 이상훈(동의과학대학교 교수)

 

 

승강기는 BC 20년경 아르키메데스가 밧줄과 도르래를 이용해 최초로 고안한 이래 사람들을 수직 및 수평으로 운송하는 수단으로 최근 건물이 고층화됨에 따라 그 필요성이 더욱 커지고 있다. 그러나 우리들의 일상적인 생활에 없어서는 안 될 시설임에도 불구하고 그 이용에 따른 안전사고가 발생하고 있다. 최근 2년간 승객용 승강기의 불안전한 요소에 대한 원인별 세부 사고 현황을 살펴보면, 도어 이탈 등이 포함된 이용자의 부주의 또는 난폭한 행동이 승강기안전사고의 대부분을 차지함으로 그 심각성이 매우 크다고 할 수 있다. 이러한 승강장문 이탈에 의한 안전사고를 예방하기 위해서는 좀 더 전문화되고 체계적인 사고조사와 분석을 통해서 사전에 예방 대책을 마련함으로써 유사 및 동종사고의 발생을 최소화해야 한다.

 

 

 

도어 시스템의 원리

 

승강장 도어는 자체 동력이 아닌 승강기 상단에 위치한 모터의 동력을 이용해 승강기 도어의 움직임에 의해 열고 닫는 구조로 되어 있다. 승강기의 도어는 카 도어와 승강장 도어가 있으며 승강장 도어는 카가 출발하더라도 승강장과 승강로를 차단하여 승객의 안전을 지켜준다.

 

승강장에 사용하는 도어 개폐장치는 카 위에 놓고 암 또는 체인에 의해 문을 개폐시킨다. 도어는 주로 강판을 성형한 것에 적절한 보강을 하여 사용하고 도어 레일, 도어 행거 등에 의해 개폐할 수 있도록 매달아 동작시킨다.

 

 

 

① 도어 행거(Door hanger)

도어 행거는 도어가 도어 레일에서 벗어나는 것을 막기 위한 수단이 마련되어야 하며 레일 끝을 이탈하는 것을 방지하기 위해 스톱퍼를 설치한다. 또한 도어 무게의 4배에 해당하는 정지하중을 기울어짐 없이 지탱하도록 제작되어야 한다.

 

 

② 도어 슈(Door shoe) 와 문지방(Sill)

 

도어 슈는 문지방 홈에 두 개 이상으로 도어를 인도해야 한다. 또한 도어 슈는 견고하게 부착되어야 하며 문지방 홈과 6㎜이상 맞물려야 한다. 문지방은 하중을 지탱하는 충분한 힘을 지니고, 견고해야 하며 승강장 바닥과 같은 높이로 출입구의 전폭에 걸쳐서 안정된 기반을 제공하여야 한다.

 

 

도어 시스템은 승강기가 주행 중 어린이가 장난으로 카의 도어를 억지로 여는 일도 있을 수가 있으므로 카가 주행 중 저속의 도어를 손으로 억지로 여는데 필요한 힘은 20kgf 이상이 필요하다. 보통 도어를 닫는 힘을 내기 위하여 주행 중 모터에 전류를 흘려서 토크를 내고 있다. 승강기 내에 갇히는 고장 등의 경우, 구출원이 승강기 도어를 손으로 열수가 있는 것이 바람직하다. 이때 어린이들이 부주의로 열려고 하는 것을 고려해야 한다. 즉 승강기가 정지하고 동력이 차단되었을 때 카가 저속 시 도어를 손으로 억지로 열려고 하는 힘은 5kgf이상 30kgf 이하가 필요하다. 도어를 완전히 열었을 때 자동으로 도어가 닫히는 것을 방지하는데 필요한 힘은 저속측 도어에서 측정해서 15kgf 이하이다. 자동 닫힘을 출입구 폭의 중앙에서 일단 저지하여 닫히는 힘을 줄이고 다시 도어를 닫았을 때의 힘은 고속 측 도어에서 측정하여 15kgf 이하여야 한다.

 

도어 머신은 모터의 회전을 감속하고 암이나 로프 등을 구동시켜 도어를 개폐시키는 장치이다. 감속장치로서는 일찌기 웜 감속기가 주류을 이루고 있지만 최근에는 벨트나 체인에 의해 감속하는 것이 늘어나고 있다. 도어 머신의 요구조건은 다음과 같다.

<도어 머신의 요구조건>
① 작동이 원활하고 정숙할 것
② 카 상에 설치하기 위하여 소형 경량일 것
③ 동작 회수가 엘리베이터의 기동회수의 2배가 되므로 보수가 용이할 것
④ 가격이 저렴할 것

 

 

위 사항 중에 작동이 원활하고 정숙하며 소형 경량이 필요할 경우 DC모터를 사용하고, 소형 경량이고 보수가 용이해야 할 경우 감속 기구를 부착한 AC모터를 사용하는 것이 좋다. 도어 머신에 필수적인 또 하나의 특성은 닫혀진 상태에서 정전되었을 때도 갇혔을 때 구출을 위해 문을 손으로 열 수가 있는 것이다. 일반적으로 웜기어는 역 효율이 나빠서 열리지 않을 경우가 있으므로 설계상 주의를 요한다. 도어 모터는 도어 행정의 절반까지는 도어를 가속시키고, 나머지 절반은 도어를 감속시키지 않으면 안 된다. 정기적으로 가속과 감속을 하려면 DC 가장 적합하고 대다수가 이것을 채용하고 있다. AC모터를 사용하고 사이리스터(Thyristor)에 의해 속도 조절하는 방식도 있다. 도어가 열리고 닫힘에 따라 앞에서 말한 바와 같이 토크를 내고 있는 것이 보통이다.

 

 

도어 인터록 장치는 승강장의 도어 안전장치로서 엘리베이터의 안전장치 중 가장 중요한 것 중 하나이다. 이 장치는 카가 정지하지 않는 층의 도어는 전용열쇠를 사용하지 않으면 열리지 않도록 하는 도어 록과 도어가 닫혀있지 않으면 운전이 불가능 하도록 하는 도어 스위치로 구성된다. 도어 인터록 장치에서 중요한 것은 도어록 장치가 확실히 걸린 후 도어 스위치가 들어가고 또한 도어 스위치가 끊어진 후에 도어록이 열리는 구조로 하는 것이다. 승강장에서 도어록을 열기 위한 열쇠는 특수한 형태의 것으로 해야 하고 일반 공구로 열리지 못하도록 해야 한다.

 

벨트에 의한 도어 구동방식

 

승강기의 도어는 모터에 의해 도어가 닫히지만 승강장 도어가 완전히 닫히기 10~20㎜ 전에 카 도어(Car Door)의 닫힘이 완료되어 도어 모터는 정지한다. 이 때 승강장문이 스스로 닫히게 하기 위한 장치(Self-Closing)가 도어 클로저이다. 좌우열기도어에서 승강장문은 구동되는 동력이 없으므로 카 도어에 의하여 여닫힌다. 승강장문을 임의로 열고 여는 힘을 제거하는 경우에는 저절로 닫히는 구조로 되어있어 외부의 승객 또는 제3자가 승강로로 쉽게 접근할 수 없도록 되어있다. 이렇게 저절로 닫히도록 하기 위하여 추를 매달아 중력에 의하여 닫히는 방식인 웨이트 방식과 스프링을 이용하여 닫히는 방식인 스프링 방식이 있다.

 

커넥팅 로드, 암(Arm) 및 체인에 의한 도 어 구동방식

 

승강기 도어 시스템의 마지막 부품으로는 도어 안전 개폐장치와 도어 안전장치가 있다. 승강기 도어 안전 개폐장치는 승객이 출입 시 도어에 끼일 수 있는 구조로 이물질 검출장치를 설치하여 그 작동에 의해 닫히는 문을 멈추게 하고 반전 시킬 수 있어야 한다. 검출장치의 종류로는 문의 가장자리 일면에 설치한 가동 틀에 의해서 행해지는 장치인 세이프티 슈(Safety Shoe), 투광부와 수광부로 구성이 되어 광선 빔을 통하여 이것을 차단하는 물체를 광전관에 의해서 검출하는 장치인 세이프티 레이(Safety Lay)가 있다.

 

 

도어 인터록

 

도어의 안전장치로는 카의 상하 운행 중 카의 내부에서 카 도어를 강제로 열지 못하도록 카 도어 잠금 장치와 카 도어에 부착되어 카 도어가 열리거나 닫힐 때 따라 움직이며 승강장문을 열고 닫히게 하는 클러치가 설치되어 있으며 카 도어가 완전히 닫히지 않을 경우에는 게이트 스위치에 전원이 들어오지 않게 되어 엘리베이터가 운행되지 못하게 하는 게이트 스위치로 구성되어 있다.

 

승강장문의 조립체는 KS B EN 81-1 부속서 J의 소프트 팬들럼 시험 방법에 따라 450J의 운동에너지로 충격을 가하였을 때 문의 이탈 없이 견딜 수 있어야 한다. 이를 위해 도어 이탈 방지장치가 설치되어 있다.

 

도어 이탈 방지장치

 

 

특허를 통해 알아본 승강기 도어 시스템 관련 기술들

 

승강기 도어 시스템은 사용자의 입출입을 위해 개방되는 부분으로서 승강기 이용자가 승강기를 이용함에 있어 가장 안전사고에 노출되어 있는 부품이다. 승강기 도어 시스템에서 가장 빈번한 안전사고는 도어 이탈이며, 최근 들어 승강기 도어 관련 특허로서 가장 많이 등록되고 있는 분야는 승강기 도어의 이탈방지와 관련된 내용들이다. 승강기 도어 이탈은 슬라이딩 도어의 이동방향에 대하여 수직한 방향의 힘이 슬라이딩 도어에 가해질 때 슬라이딩 도어가 이동경로를 이탈하지 못하도록 하는 이탈 방지장치, 이탈 방지장치가 설치된 슬라이딩 도어 및 잠금장치가 설치된 가이드 레일을 개선하고자 하는 노력(공개번호 10-2009-0067706)이 이루어지고 있다.

 

승강기 도어 안전사고에 중 이탈사고 이외에 빈번히 발생하는 사고는 도어에 물체가 끼이게 되는 사고이다. 종래의 엘리베이터에 구비되는 도어는 승객이 탑승을 위하여 출입하는 출입문 중 카 측에 설치된 카 도어와 카 도어의 한 쪽 끝에 위치하여 도어의 닫힘 동작 중에 승객이 카 도어의 사이에 끼이는 것을 방지하기 위한 세이프티 슈에 의하여 감지 스위치를 작동시키고 감지 스위치는 카 도어의 닫힘 동작을 반전시켜 완전히 개방하게 된다. 이러한 방식의 문닫힘 안전장치를 접촉방식이라 하는데 현재 엘리베이터의 대부분이 접촉방식의 문닫힘 안전장치를 사용하고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 엘리베이터의 도어에 물체가 끼이면 엘리베이터의 위치를 판단하여 엘리베이터가 정위치일 때 도어를 개방시켜 안전사고를 방지할 수 있는 엘리베이터 도어 안전장치가 제안(등록번호: 10-1153051)되었다. 이 발명의 다른 목적은 엘리베이터에 끼이는 연성물체를 정확히 감지할 수 있도록 하였으며 물체가 감지되면 도어를 짧은 시간동안 반복적으로 개방하여 끼인 물체를 제거하도록 유도할 수 있도록 하였다. 이와 같은 동작을 위해 엘리베이터의 일측에 센서를 구비하여 엘리베이터의 위치를 정확하게 판단할 수 있도록 하였다.

 

 

승강기 도어 시스템은 안전과 직결된다

승강기는 밀폐된 공간을 이용하여 사람들을 수직으로 이송하는 교통수단이다. 이 밀폐된 공간에서 유일하게 개방된 공간으로의 통로가 되는 승강장문은 이동하는 물체를 이용하는 사람에게 안전사고를 유발할 수 있는 여지를 주기도 한다. 이렇듯 사람의 안전을 책임지는 승강기 도어 시스템은 이용객이 좀 더 쾌적하고 안전한 이용을 위해 도어의 구조적인 개선과 IT기술을 접목한 융합기술로 진화해 나가고 있다.