Techniek als toegepast middel
Stoom; Elektriciteit; Verbrandingsmotor; Rails; Bovenleiding.
Wanneer we lopen en fietsen als persoonlijk vervoer buiten beschouwing laten, is het door de geschiedenis heen toch vooral de uitvinding van het wiel dat enigerlei vorm van openbaar vervoer mogelijk heeft gemaakt.
In het algemeen wordt aangenomen dat het een doorontwikkeling is geweest van het idee om boomstammen te gebruiken om dingen te verplaatsen. Men gaat daarbij uit van een ontwikkeling rond 3500 v.Chr..
Dat boomstammen ook uitgehold konden worden waarna men er zich over water mee kon verplaatsen was al eerder bekend. Vondsten van 7000 jaar oude boomstamkano’s geven aan dat die vorm van vervoer het ruimschoots wint van het wiel.
Op het water zijn het dan relatief kleine stappen via roeien en zeilen naar de echte techniek.
Het is toch vooral de ontwikkeling van de stoommachine die de aanzet heeft gegeven tot de middelen van vervoer zoals wij deze thans kennen.
Net als bij vele andere uitvindingen is er sprake van een proces waarbij zowel het principe als de uitvoering door meerdere mensen wordt verbeterd. In het algemeen wordt Heron van Alexandrië (10-70 n. Chr.) als de eerste beschouwd die het principe heeft ontwikkeld waarbij verhit water uiteindelijk als krachtbron wordt gebruikt om een beweging te genereren. De eerste praktische toepassing toen men de techniek als brandspuit en later als zuigpomp leerde te gebruiken. Blasco de Garay (Spanje), Dennis Papin (Frankrijk), Thomas Savery en Thomas Newcomen (Engeland) gaven er een verdere invulling aan. Maar het was de Schot James Watt die de structurele gebreken verhielp en er een economisch rendabel apparaat van wist te maken. In 1777 werd de stoommachine voor de eerste maal in een mijngroeve in Cornwall ingezet.
Stoom zou de eerste echte krachtbron worden voor treinen, trams en schepen.
STOOM
De eerste stoomlocomotief ter wereld werd in 1804 door Richard Trevithick in Engeland. Het gewicht van het door hem ontwikkelde apparaat was echter te hoog voor een rendabel gebruik. Die ontwikkeling kwam van George en Robert Stephenson die met hun ‘Rocket’ in 1829 een door de Liverpool en Manchester Railway uitgeschreven wedstrijd wonnen.
De eerste stoomlocomotief, The Rocket.
Tien jaar later zou Nederland kennis maken met deze vorm van techniek.
Bijzonder is dan dat het daarna nog 40 jaar duurde voor deze techniek ook op regionale schaal ingezet zou worden door een stoomtram.
Den Haag was daarmee de eerste waarop 1 juli 1879 de lijn Scheveningen-Den Haag Rhijnspoorstation werd geopend. Twee jaar later volgde in Rotterdam de RTM met de lijn Coolsingel-Koemarkt (Schiedam).
Opmerkelijk is dat in dezelfde periode de paardentram en even later de paardenomnibus van start gingen.
Stoom als krachtbron zou zich lang weten te handhaven. Nog steeds rijden er, zoals in Polen en China, stoomtreinen in de reguliere dienst rond.
Maar ook op het water zou stoom als krachtbron furore maken.
Als eerste stoomschip zou de Pyroscaphe ontworpen door de Fransman Claude François Jouffroy d’Abbans in 1783 haar eerste vaart maken. Waarmee vervoer over water nog vóór het vervoer over de rails, kennis maakte met deze techniek.
De North River Steam Boat, in 1807 ontworpen door Robert Fulton, was de tweede stoomboot die op commerciële basis geëxploiteerd werd. Het schip maakte op 17 augustus van dat jaar haar eerste reis van Albany naar New York, en voerde op de rivier de Hudson een lijndienst uit. 11 jaar later vaart de eerste stoomboot de Atlantische Oceaan over, van New York naar Liverpool en in 1816 doet het eerste uit Engeland afkomstige stoomschip Rotterdam aan, ruimschoots vóór de stoomtrein!
ELEKTRICITEIT
Een zelfde ontwikkeling als bij stoom vond ook bij elektriciteit plaats. Vanaf de ontdekking van stroomstoten door elektrische vissen en de ontdekking van het verband tussen magnetische en elektriciteit ligt een lange weg.
Wikipedia: [In 1600 publiceerde de Engelse arts William Gilbert een uitgebreide studie over elektriciteit en magnetisme. Hij onderscheidde het natuurlijk magnetisch effect met dat van statische elektriciteit opgewekt door over barnsteen te wrijven. Otto von Guericke, Robert Boyle, Stephen Gray en Charles du Fay werkten en onderzochten elektriciteit verder. In de 18e eeuw deed Benjamin Franklin uitgebreid onderzoek over elektriciteit.
Het bliksemexperiment van Benjamin Franklin.
In 1752 voerde hij zijn bekende experiment met de vlieger uit, waarmee hij bewees dat bliksem een vorm van elektriciteit is. In 1791 publiceerde Luigi Galvani zijn ontdekking van dierlijke elektriciteit waaruit blijkt dat zenuwcellen elektriciteit gebruikten om signalen door te geven aan onze spieren. Alessandro Volta’s batterij, de Zuil van Volta gaf de wetenschappers een meer betrouwbare energiebron in vergelijking met elektriseermachines die ze eerder gebruikte. In 1820 ontdekte Hans Christian Ørsted het verband tussen elektriciteit en magnetisme. Hij demonstreerde hoe een geleider waardoor een elektrische stroom loopt in staat is om een kompasnaald te beïnvloeden. André-Marie Ampère hoorde van Ørsted’s ontdekking en herhaalde het experiment onder gecontroleerde omstandigheden. Nog geen week later had hij de wet gevonden die bepaalt hoe, en in welke richting de naald werd beïnvloed.
Michael Faraday vond in 1821 de elektromotor en dynamo uit, en Georg Ohm analyseerde in 1827 het elektrisch netwerk wiskundig.
Eind 19e eeuw zou de grootste vooruitgang geboekt worden. Dankzij Thomas Edison, Nikola Tesla, Werner von Siemens, Alexander Graham Bell en Lord Kelvin werd elektriciteit essentieel in de moderne samenleving. Mede dankzij hun bijdrage ontstond er eind 19e eeuw een tweede industriële revolutie. In de 20e eeuw slaagde men erin de dragers van elektriciteit te identificeren als bestanddelen van het atoom – het elektron en de proton.]
Een ander verhaal is hoe deze krachtbron ten nutte van het openbaar vervoer kon worden ingezet.
Het was als eerste de Zuidhollandsche Electrische Spoorweg Maatschappij die de gedurfde stap nam.
Waar België ruimschoots voorliep in de spoorwegontwikkeling en pas op 1 mei 1935 de eerste elektrische lijn Brussel-Mechelen-Antwerpen opende, daar waren nu de rollen omgedraaid.
Vanaf het Rotterdamsche Z.H.E.S.M. station Hofplein reden in 1908 de eerste elektrische treinen naar Den Haag HS en Scheveningen.
Station Rotterdam-Hofplein waar zojuist een elektrisch motorrijtuig vertrekt richting Scheveningen-Kurhaus. 1910
Toch was het al in 1879 dat de firma Siemens & Halske in Berlijn een elektrische locomotief liet zien die drie wagens met in totaal 18 passagiers kon vervoeren. Twee jaar later aanschouwde Berlijn de eerste elektrische tramlijn. In 1902 bouwde Siemens een eerste elektrische locomotief met een topsnelheid van 150 km/u en een jaar later een die 210 km/u kon behalen.
Dat Nederland dus al in 1908 een geregelde lijn opende was dus vooruitstrevend.
Toch werd in Haarlem al in 1899 de Nederlandse Electrische Tramweg Maatschappij opgericht, 9 jaar nadat de eerste elektrische straatverlichting haar intrede had gedaan.
De elektriciteit was er om nooit meer te verdwijnen.
DE VERBRANDINGSMOTOR
Een wat vreemde naam wellicht voor wat de meesten kennen als benzine- of dieselmotor.
Ook die techniek als krachtbron ontwikkelde zich in de tweede helft van de 19e eeuw.
Toen de fransman Étienne Lenoir in 1862 zijn hippomobile, voorzien van een met waterstofgas aangedreven verbrandingsmotor, bouwde, konden weinigen de enorme ontwikkeling vermoeden die deze stap zou hebben. Ook hier het verhaal dat verschillende mensen technische verbeteringen aanbrachten die uiteindelijk tot het enorme succes zouden leiden.
Zoals de Duitser Nikolaus Otto die in 1878 de eerste verbeteringen aanbracht en Gottlieb Daimler met de eerste succesvolle hoge-snelheidverbrandingsmotor. Grote verbeteringen ook van de Duitser Rudolf Diesel die zijn eerste patenten nam in 1892. Tegen het einde van de negentiende eeuw was de verbrandingsmotor de grote concurrent van de stoommachine in industrie en transport.
Op de weg duurde het tot het einde van de 19e eeuw voor de invloed van de benzinemotor zichtbaar werd. Carl Benz werd een van de meest bekende bouwers van automobielen voorzien van een verbrandingsmotor.
Terzijde moet opgemerkt worden dat er in die periode ook door stoom aangedreven automobielen hebben bestaan. De invloed daarvan is echter minimaal geweest en al snel verdwenen zij ten gunste van de verbrandingsmotor.
Met de komst van de motoromnibus ter vervanging van de paardenomnibus had in eerste instantie weinig succes. In april 1898 nam de Emmense hotelier H.A. Meijer een wagen met benzinemotor in gebruik ter vervanging van zijn paardenomnibus op de lijn Emmen-Beilen. Na vier maanden werd het voertuig echter door protesten van de bevolking en veel motorpech, buiten gebruik gesteld.
Bus H-1270 van de Maatschappij voor Algemeen Vervoer staat bij de halte Coolsingel-Van Hogendorpsplein, ca. 1905
Op 4 november 1906 maakte Rotterdam voor het eerst kennis met de motoromnibus toen de Rotterdamsch Omnibus Maatschappij met de 10 in Frankrijk vervaardigde Lacoste et Batmann de dienst aanving. Ook dat was geen succes en na veel technische problemen en een brand in de garage werd de dienst in 1907 gestaakt.
Toch veroverde de motoromnibus meer en meer terrein. Toen in de jaren dertig de dieselmotor meer betrouwbaar en rendabeler was geworden schakelde het busvervoer successievelijk om op diesel aangedreven materieel.
RAILS OM OP TE RIJDEN (door Joop Harmsen)
de ontwikkeling van de Demerbe rail
Met de komst van de stoommachine en in het bijzonder de stoomtrein werd in de negentiende eeuw een tijd ingeluid van een grote industrialisatie die zich grotendeels voltrok in of rond de grote steden.
Bij voorkeur natuurlijk op plaatsen waar voldoende grondstoffen, verbindingen en arbeid mogelijk waren.
De hierdoor ontstane werkgelegenheid veroorzaakte op haar beurt een aanzuigende werking van arbeiders van het platteland naar de steden die weer leidde tot een explosieve groei van de grote steden
Ook Rotterdam is daarvan een duidelijk voorbeeld waarbij ook de gevolgen van deze ontwikkeling op vervoersgebied steeds duidelijker werden met de toename van de afstand tussen woon- en werkplek.
Natuurlijk was er al de paardenomnibus, maar de gewone arbeider kon zich die vanwege de lage lonen niet permitteren. Bovendien was de capaciteit van deze omnibussen veel te klein om grote aantallen arbeiders te vervoeren.
Zo ontstond in Engeland en Frankrijk het idee om kleine stoomtreinen in de stad het vervoer te laten verzorgen.
De aanleg van stadsspoorwegen, die men tegenwoordig als de metro zou benoemen, nam een aanvang.
Maar al snel bleek dat er toch wel grote nadelen aan kleefden. De stoomlocomotieven zorgden voor veel overlast in het bewoonde gebied en de toch redelijk grote rijtuigen konden maar moeilijk in het stratenplan worden ingevoerd.
1878 Parijs, stadsvervoer Bastille – Gare Montparnasse
Maar het grootste probleem vormden de rails.
Deze toenmalige treinrails waren niet in de bestrating opgenomen maar er bovenop gelegd. Hierdoor werd het overige verkeer dat bestond uit rijtuigen, sleperswagens en handkarren geblokkeerd.
De inpassing van de stoomtrein in het stadsverkeer bleek dus geen succes.
Niettemin bleek uit deze ontwikkelingen wel dat deze vorm van vervoer geschikt was om met relatief weinig kracht grote hoeveelheden konden worden vervoerd op de ontwikkelde metalen rails.
In het vervolgtraject werd het idee geboren om de paardenomnibus van treinwielen te voorzien en deze op rails te laten rijden. De paardentram was een feit en werd een succes.
Met één paard kon nu minimaal dezelfde hoeveelheid passagiers worden vervoerd als een omnibus met twee of meer paarden. Uit het oogpunt van exploitatie was dit natuurlijk een doorbraak. Maar om de ritprijs zo laag mogelijk te houden moesten natuurlijk ook de kosten zo laag mogelijk zijn.
Wie echter uiteindelijk de groefrails voor de tram heeft uitgevonden is helaas niet bekend. Het is waarschijnlijk dat door de tijd deze zich zelf heeft ontwikkeld uit steeds verder gaande verbeteringen. Vanuit de houten boomstammen in de mijnbouw waarop de kolenkarren reden voegde men in de loop der tijd steeds verbeteringen toe.
Er wordt beschreven dat in de begintijd van de paardentram er werd gereden op een vlakke houten plank die op een houten langsligger werd bevestigd en die op zijn beurt op regelmatige afstand door een dwarsligger op zijn plaats werd gehouden. Het loopvlak van het wiel moest natuurlijk wel op deze plank blijven. Een haast onmogelijke opgave voor de koetsier.
Toch is hieruit de huidige rails geboren. Al snel werd de plank die gelijk lag met het wegdek vervangen door een gegoten ijzeren ligger, gevolgd door een ijzeren ligger met opstaande rand voor de wiel geleiding. Eerst later ontwikkelde zich de gewalste liggers.
Van een wielflens was echter nog geen sprake.
De volgende stap was een langsligger met twee opstaande randen voor de geleiding van het wiel. Ook dit systeem kende wel enkele voordelen. De rijtuigen konden, voorzien van hun wielen met plat loopvlak ook op de weg functioneren en gaven dus bij ontsporing geen grote problemen. Een nadeel was echter dat de vastgespijkerde rail door de wielen werd uitgewalst en naar boven rond ging staan.
Aangezien ook de ontwikkelingen bij de spoorwegen niet stilstonden mag aangenomen worden dat voor de toepassing in de straat na vele tussenoplossing uiteindelijk de groefrail is ontstaan, die op de houten langsligger kon worden bevestigd.
Een goed voorbeeld hi
ervan is het “Loubat” spoor. Een waarschijnlijk gegoten groefrail die met spijkers op een houten langsligger werd bevestigd en op regelmatige afstand op spoorbreedte gehouden door houten dwarsliggers. Het geheel neergelegd in een zandbed en afgedekt met klinker bestrating.
Hier ziet men duidelijk al de ontwikkeling naar onze huidige tramrail voor verwerking in de bestrating.
Op enig moment rond 1870 duikt de naam op van rails van “Demerbe”. Deze rail wordt praktisch overal genoemd waar ook ter wereld een paardentrambedrijf zijn exploitatie startte. Dit type rail zou goedkoop, licht, gemakkelijk te verwerken en snel aan te leggen zijn.
Teruggevonden ‘Demerbe’ rail in Fribourg (Frankrijk)
Deze “Demerbe” rail bleek het begin te zijn van het succes van de een betrouwbaar paardentram systeem.
Niettemin werd ook duidelijk dat dit type rail toch niet de uiteindelijke oplossing was. Hij was te licht voor het dragen van de rijtuigen waardoor met grote regelmaat breuken en ontsporingen ontstonden.
Ondanks deze beperkingen heeft de Demerbe rail het bij verschillende vervoerbedrijven een halve eeuw volgehouden.
Bovendien bleek deze rail de ontwikkeling van de latere groefrails in gang te hebben gezet. Rails die tot op de dag van vandaag in de straten van de steden overal ter wereld worden toegepast.
Terug gevonden “Demerbe” rail in Fribourg, Frankrijk
Wat opmerkelijk is dat door de auteur tot op dit moment, ondanks intensief speurwerk, geen enkele informatie is terug gevonden over de bij een railsysteem behorende wissels.
Deze zijn er natuurlijk wel geweest. Bekend is dat de wissels met de hand middels een wisselijzer dat op het voorscherm van het rijtuig was geplaatst werden omgelegd, wat op drukke punten met veel railverkeer echter werd gedaan door een op wacht staande wissel jongen. Die kon aan de hand van de op een bord aangebrachte lijnkleuren zien welke kant het rijtuig op moest.
Voor wat betreft de paardentram in Rotterdam betreft weten we uit de Rotterdamsche Courant van 28 januari 1879 dat ook hier dit systeem werd gebruikt en dat praktisch alle andere bedrijven en nog op te richten bedrijven dit voorbeeld zouden volgen.
Wanneer en hoe dit rail systeem in Rotterdam is vervangen is niet duidelijk geworden. Er mag worden aangenomen dat met de invoering van de electrische tram de voertuigen zwaarder werden en dat de Demarbe rail daardoor niet meer voldeed.
De rail Demerbe
Tot nu was over deze “Demerbe” rail weinig bekend, maar het verschijnen er van was een revolutie in de bouw van tramwegen. Er is echter heel weinig informatie over dit type rail over gebleven. De rail is genoemd naar de fabrikant, de hoogovens van Victor Demerbe et Cie, gevestigd in Jemappes, België.
Victor Demerbe begon in 1878 met de productie van deze revolutionaire spoor- en tramrails.
Het was de eerste rail die vervaardigd werd uit één stuk, waardoor het niet meer nodig was om een houten langsligger te gebruiken met een metalen slotplaat zoals tot dan gebruikelijk bij het type Loubat spoor en soortgelijke. Dit gaf een grotere sterkte aan de rail en verminderde de effecten van houtrot door vocht en was er een verbeterd draagvermogen.
Het resultaat was zo goed dat al snel nog twee tram railsystemen verschenen zonder de houten langsdragers:
de Hartman gevormd door twee parallelle rails en de T-type of keel Guirder Broca en vervaardigd door Phoenix in verschillende varianten, die momenteel wordt gebruikt in de meeste installaties.
De bijzondere vorm, zou een zeer hoge weerstand geven tegen buiging, maar torsie van de spoorstaaf belemmerde wel het vormen van bochten. Daarentegen was de eenvoudige montage op houten dwarsliggers waarin kleine sleuven werden aangebracht met dezelfde hellingshoek als de zijkanten van de rail en de houten wiggen om te fixeren, zeer kostenbesparend.
De langsverbinding tussen de rails werd gevormd door lasplaten met een flens van metaal en wiggen zoals aangegeven in de tekening.
Buiten de “standaard” rails voor recht spoor in de bestrating werden er op basis hiervan nog enkele speciale typen ontwikkeld: Recht spoor in bestrating;Buiten- en binnen spoor voor in bochten;Recht spoor zonder bestrating
Demerberails op grindbed met klinkerbestrating; Demerberails op betonbed met klinkerbestrating
Het bedrijf Demerbe
Victor Demerbe et Cie vond zijn oorsprong in de industriestad Jemappes in Belgie.
Victor Demerbe opende op 3 april 1869 een walserij, “Forge et Laminoirs Victor Demerbe et Cie” . Al kort na het ontstaan van de firma overkwam het op 4 juni 1873 om 3 uur ‘s nachts een ramp, als gevolg van de explosie van een stoomketel. Hierbij vielen 14 doden en 9 ernstig gewonden. Ook een wonder gebeurde. Een van de arbeiders die tegen de stoomketel leunend zijn boterham stond op te eten werd vijf meter weggeslingerd en kwam er zonder een enkele verwonding van af. Het lichaam van de ketel, tien ton zwaar, werd compleet met alle bevestigingen over het vier meter hoge dak van de fabriek geslingerd. De kracht van de explosie was zodanig dat zes aangrenzende torens instorten, waardoor het hele houten gebouw in een erbarmelijke staat achter bleef. Op het moment van de explosie, had het bedrijf al zeshonderd mensen in dienst.
Maar vanuit deze ruïnes zou een nieuw bedrijf worden opgebouwd, met een snelle aanpassing aan de moderne technologie. Demerbe in Jemapes werd een onderneming gespecialiseerd in de productie en behandeling van smeedijzer. Sinds 1884 besteedde zij het maken van stalen rail en lasplaten ook uit aan andere bedrijven. In 1903 wordt elektriciteit in de bedrijven geïntroduceerd en in 1920 wordt de bedrijfsvorm veranderd in een corporatie.
Het verdere verloop van dit bedrijf is in het kader van dit onderwerp niet verder onderzocht. Zijdelings is bekend dat de oprichter en eigenaar deel heeft uitgemaakt van het Belgische landsbestuur en dat op enkele plaatsen straten naar hem zijn vernoemd. Slechts de naam bestaat nog zij het in de vorm van een beautysalon in het nabijgelegen Mons.
Naast Rotterdam is de Demerbe rail gebruikt op veel plaatsen in de wereld.
Zo bericht de “Street Railway Gazette” in februari 1889 dat op 15 november 1888 een plan is werd gepresenteerd door ingenieur Antonio Gijarro voor een tramverbinding tussen Valencia en Catarroja waarvoor Demerbe rails van 29 kg/m gebruikt zou worden.
Ook de Tramweg maatschappij van Breslan meldde het gebruik: “Wij hebben het volgende railsysteem in gebruik: Voor de oude lijnen, in gebruik genomen in 1887, stalen rails met houten dwarsliggers. Voor de nieuwe lijnen, aangelegd sinds 1883, stalen rails voor de theside lijnen in bochten, wanneer de boogstraal meer dan 30 meter was. Wanneer het gewicht meer dan 39,98 kilo per meter was, inclusief hulpstukken, is deze rails niet gebruikt.
B. De eerder genoemde rails hebben de volgende voordelen; het makkelijk rijden van de voertuigen, veroorzaakt door de houten dwarsliggers etc.
Wij vinden dat de “Demerbe” rails zich goed inpast in de bestrating van de wegen zonder dat het nodig is om extra onderdelen aan te brengen. Dit is een groot voordeel van dit systeem. Het gewicht dat is toegepast is 65,2 kg per meter in bestrate en geasfalteerde wegen. De verbindingen hebben na vier jaar aangetoond geen onderhoud nodig te hebben. Ook is de rail makkelijk schoon te houden voor versteviging doeleinden. Het gebruik van weinig klinknagels verzekeren een betere stabiliteit. De weg en de rails kunnen door het beruik van deze rails beter worden schoon gehouden.”
BOVENLEIDING (door Joop Harmsen)
De energie voorziening van elektrische voertuigen door bovenleiding en pantograaf, railschoen en derde rail
In dit verhaal is het niet de bedoeling om diepgaand in te gaan op de technische details. Er wordt een algemene indruk gegeven van de werking en de ontwikkeling van in het bijzonder de energie voorziening van elektrisch vervoer in het stedelijk gebied.
Met de komst van elektriciteit kwam ook de vraag of deze energiebron ook was toe te passen op bewegende voertuigen. Het gebruik van fossiele brandstoffen om energie op te wekken was door zijn vervuiling een steeds groter probleem geworden in de zich ontwikkelende steden. De combinatie van deze methode, het werken met grote hoeveelheden paarden en het ontbreken, of gebrekkig aanwezig zijn, van riolering kwam de leefbaarheid in de stad niet ten goede.
Al in 1879 kwam Siemens & Halske in Berlijn, Duitsland met een motor die ingebouwd werd in een wagentje. De vraag hoe de elektriciteit overgebracht moest worden van de kabel naar de motor werd opgelost door het wagentje op rails te zetten en de elektrische verbinding tot stand te brengen door tussen de rails waarop de wielen liepen twee andere rails (positief(rood) en negatief (blauw)) te leggen waarop het wagentje door middel van sleepcontacten verbinding maakte. De machinist kon nu door het schakelen van meer of minder weerstanden het wagentje harder of zachter laten rijden of geheel stoppen.
Al snel kwam men er achter dat elektriciteit voor het aandrijven van voertuigen een ideale krachtbron was. Siemens & Halske ontwikkelde dit idee verder en in 1882 werd een reeds bestaande verbinding naar Lichterfelde omgebouwd voor elektrische aandrijving. De elektriciteit werd overgebracht door de rails waarop gereden werd onder een spanning van 180 Volt gelijkstroom te zetten. De tussenliggende rails kwam daarbij te vervallen. Dit was mogelijk doordat de houten dwarsliggers de rails onderling isoleerde. De aandrijfwielen fungeerden dus als overbrenger van de energie naar het voertuig. Maar ook kwam men tot de ontdekking dat rails in de straat waar toch wel een behoorlijke spanning op stond levensgevaarlijk kon zijn. Het idee werd geboren om de negatieve rail in de straat te laten liggen en de positieve aanvoer te doen via een boven deze rail op te hangen draad. Daarmee was de veiligheid gewaarborgd en kon men toch op een vrij eenvoudige wijze de voertuigen voorzien van energie.
De bovenleiding was geboren
In feite is de bovenleiding van trein, tram en trolleybus niets anders dan een draad opgehangen aan twee ophangpunten zoals een waslijn thuis. Daarom wordt deze draad in vakkringen ook wel gekscherend de “Waslijn” genoemd. De echte term is: “Rijdraad”. Deze rijdraad met zijn positieve kant van de elektriciteit ( de rails fungeert als negatieve kant) moet toch wel aan wat bijzondere eisen voldoen. Hij moet namelijk absoluut geïsoleerd worden opgehangen, want anders zou er een continue volledig kortsluiting met zijn omgeving ontstaan. Hiervoor worden dan ook isolatoren gebruikt.
Voor het ophangen van de rijdraad werd in de stedelijke gebieden met zijn meestal smalle straten gekozen voor een hangdraad die werd vastgemaakt aan rozetten die aan de gevels van de huizen waren aangebracht. Voor palen waar aan dit kon was geen ruimte. Op sommige punten in de steden wordt dit waar geen ruimte is nog steeds toegepast. De laatste jaren wordt echter, doordat bij renovatie en nieuwe stadplannen de straten breder worden, gekozen voor het ophangen aan palen, de bovenleiding paal. Voorbeelden hiervan zijn bovenleidingpalen direct naast, tussen de tramsporen of aan weerszijden van de straat met een tussengespannen hangdraad.
Terug naar de rijdraad. Een draad gemaakt van een koperlegering gespannen tussen twee ophangpunten zal door zijn eigen gewicht in het midden gaan doorzakken. Hierdoor ontstaat dus bij een langere draad en meerdere ophangpunten een beeld dat vergelijkbaar is met de golven van water waarbij de golf bij het ophangpunt een redelijk scherpe top heeft. Deze rijdraad moet natuurlijk vastgemaakt worden maar moet aan de onderzijde natuurlijk volkomen glad zijn anders zouden de trolley of pantograaf bij iedere ophanging blijven steken. Eenvoudig weg een knoop is dus onmogelijk. Maar ook dit werd al in een vroeg stadium opgelost. Een draad niet rond maar in de vorm van een acht maken was de truc. Hiermee kon met een beugel de draad worden vastgeklemd terwijl de onderkant vrij bleef van obstakels.
Nu zal een trolleywiel of pantograaf ( hierna behandelt) bij de toenmalige snelheid uit de beginjaren van de tram deze golven redelijk goed kunnen volgen. Liep de trolley van de draad dan kon makkelijk worden gestopt in het verkeer en deze weer tegen de draad gezet worden. Bij de pantograaf merkte de bestuurde alleen een kleine onderbreking in de stroomvoorziening op en dit gaf verder geen problemen. Naarmate de tijd vorderde en de ontwikkeling in de techniek verbeterde werden de trams zwaarder, de capaciteit voor aantallen passagiers groeide en er sneller werd gereden ging dit toch problemen op leveren. De trolleystang werd definitief vervangen door een pantograaf (in sommige landen echter nog steeds toegepast en op de trolleybus). Het was en is dus zaak om de rijdraad zo gelijkmatig mogelijk boven de rails te houden.
Een duidelijke verbetering was het bevestigen van de rijdraad aan een zijde aan een vast punt en aan de andere zijde via een wiel aan zware gewichten. Dit leverde direct al een strakkere rijdraad op maar had als bijkomend voordeel dat door het uitzetten of krimpen in de lengte bij verschillende temperaturen de draad ook strak gehouden werd. Toch was dit bij de voortschrijdende ontwikkelingen niet voldoende. Hogere snelheden en meer techniek in de voertuigen eisten een steeds beter contact met de rijdraad. Stroomonderbrekingen zouden een constante bron van storingen in de voertuigen veroorzaken. Een nog strakkere ophanging van de rijdraad was noodzakelijk.
Een oplossing werd gevonden in het spannen van een draad boven de rijdraad. Deze draagkabel werd gemaakt van een ander materiaal met minder gevoeligheid voor uitzetten en krimp bij veranderende temperaturen als de koperen rijdraad. Door deze op zijn eigen gewicht te laten doorzakken en deze middels hangdraadjes (Hengeldraad) te verbinden met de rijdraad werd een ophanging gerealiseerd van een nagenoeg strakke rijdraad. Dit in combinatie met een breder kontaktstuk van de pantograaf op het voertuig garandeert een praktisch constant contact met de rijdraad.
Natuurlijk zijn in de afgelopen jaren nog verdere ontwikkelingen op dit gebied ontstaan, maar deze zijn dikwijls een afgeleide of een doorontwikkeling van het hiervoor beschreven principe. De ontwikkeling van sneltram en metro heeft in ons land een andere methode van energie voorziening gebracht. Namelijk de derde rail naast en net boven de rails waarop het voertuig rijd. De stroom wordt dan afgenomen met een railschoen die tegen de onderkant van de derde rail wordt gedrukt. Dit wordt echter alleen toegepast op de delen van de trajecten waarbij de voertuigen niet op de openbare weg zijn, of het publiek deze rail kan benaderen.
Ook een ontwikkeling is de trolleybus. Omdat deze niet over een negatieve verbinding kan beschikken via rails of de straat, een bus heeft immers rubberen isolerende banden, moest een andere oplossing worden bedacht. Die werd gevonden in een tweede parallel lopende rijdraad met een tweede trolley. ( zie opmerking 1.)
De energie die vanuit de centrale komt moet natuurlijk ergens worden aangesloten op de bovenleiding. Op diverse plaatsen in het net werden aansluitkasten gemaakt waar de ondergrondse voedingskabels werden aangesloten op de bovenleiding. Daarvoor werd de bovenleiding opgedeeld in secties die van elkaar zijn gescheiden en elk een eigen voedingspunt hebben. Hierdoor kon de hoeveelheid energie per sectie beter worden verdeeld en mocht er ergens in een sectie de stroom uitvallen dan kan in de andere secties gewoon worden door gereden.
Op deze sectie grenzen werd dan ook in de bovenleiding een zogenaamde afsluiter aangebracht. De bestuurder van een voertuig kon dit zien aan een oranje band aangebracht op ooghoogte aan de bijbehorende bovenleidingpaal. Bij het passeren van deze afsluiter mag er geen stroom worden gebruikt dit om een plotselinge piek in het stroomgebruik in de nieuwe sectie te voorkomen. Als er toch met stroom word gepasseerd ontstaat dan dikwijls een enorme lichtflits. Bijkomend voordeel van deze sectieverdeling is dat naar behoefte voedingspunten konden worden bij- of uitgeschakeld en secties aan elkaar konden worden gekoppeld of afgekoppeld. De schakelaars voor dit aan- en uitschakelen en het koppelen van de secties zijn aangebracht aan de bovenleidingpalen en vergrendeld met een hangslot. Alleen bevoegd personeel beschikt over een sleutel.
Een groot voordeel van de bovenleiding was ook dat men nu over het gehele net kon beschikken over energie om allerlei randapparatuur te kunnen voeden. Voorbeelden daarvan zijn de elektrische wissels, waarschuwing lichten en wisselverwarming. Via een aftappunt en / of een bovenleiding contactstuk (slee) konden deze door de tram zelf of door de bestuurder worden bediend.
De trolley, zwaaibeugel en pantograaf
De verbinding met het voertuig werd gemaakt door er bovenop een stang te monteren met aan het eind een gleufwiel. Dat geheel wordt een trolley genoemd. Voor een bedrijfszekere werking is het van belang dat het trolleywiel de bovenleiding (rijdraad) Volgt. Deze rijdraad moet dan ook zo worden opgehangen dat er zo min mogelijk ongelijkheden optreden Is dit niet het geval dan zal de trolley van de rijdraad lopen en het voertuig tot stilstand komen.
Daarom moet de rijdraad zo strak mogelijk moeten worden gespannen tussen de ophangpunten. Toch is het niet te voorkomen dat de rijdraad tussen deze ophangpunten door zijn eigen gewicht doorzakt. Bij lage snelheden zal het trolleywiel volgen maar bij een hogere snelheid loopt het van de draad. De ontwikkeling van de energie voorziening voor elektrisch aangedreven voertuigen is vanaf het begin een combinatie geweest van meer gevraagd vermogen, hogere snelheden en betrouwbaarheid.
Alhoewel deze ontwikkeling in het begin voor trein en tram hetzelfde waren liep deze na enige tijd steeds verder uit elkaar omdat bij de spoorwegen al snel veel hogere snelheden en veel grotere vermogens werden gevraagd terwijl er daar over het algemeen veel meer ruimte vrij was om de bovenleiding aan te brengen. Door de meestal nauwe straten en de vele vertakkingen in de steden was het niet goed mogelijk om de bovenleiding zodanig strak af te spannen dat het trolleywiel altijd de rijdraad volgde. De oplossing was de sleepbeugel met koolstaaf als kontaktstuk. Als deze even los kwam van de rijdraad was dat geen probleem. Hij veerde van zelf weer terug. Hooguit gaf dit een kleine hik in de snelheid. Was het eindpunt bereikt dan werd de beugel door middel van een touw, net als bij de trolley, van de rijdraad getrokken en “omgeslingerd “.
Een verdere ontwikkeling was de schaarbeugel. Deze geeft aan het geheel een betere stabiliteit op het voertuig en het “omslingeren” was niet meer nodig. Door de verbeterde stabiliteit verbeterde ook het kontakt van de koolstaaf met de rijdraad. Hierdoor kon met een hogere snelheid worden gereden. Bijkomend was dat vooral in de avond- en nachturen het bekende vlammen, als de koolstaaf bij ingeschakelde rijstroom kort los kwam van de rijdraad, sterk werd vermindert.
Een verdere verbetering werd bereikt door het vervangen van het sleepstuk op de schaarbeugel door een dubbel sleepstuk ( ook wel schuitje genoemd). Hiermee werd bereikt dat het loskomen van het sleepstuk van de bovenleiding praktisch tot het verleden behoorde. Met de komst van betere elektrotechnische voorzieningen in het voertuig werd daarmee aan de eis voldaan tot een eigenlijk gegarandeerde stroomvoorziening. Verdere verbeteringen zijn aan de pantograaf zijn het vervangen van de onderste benen daarvan door een enkele stang. Later gevold door het laten wegvallen van het gehele idee van de schaarbeugel en deze vervangen door de één been stroomafnemer. Een gegeven is nog dat vanaf de zwaaibeugel tot en met de pantograaf met dubbel sleepstuk deze via een touw van de rijdraad kon worden kon worden ingeklapt waardoor het voertuig spanningsvrij kon worden gemaakt. Met de komst van de eenbenige pantograaf werd dit touw vervangen door een elektromotor.
Opmerking 1.
Alhoewel in Rotterdam en de regio nooit een trolleybus in de dienst heeft gereden is er in de tweede wereldoorlog in opdracht van de bezetter wel een trolleybus lijn aangelegd vanaf Charlois naar de Jongkindstraat via de maastunnel. Voor het overbrengen van deze trolleybussen vanaf de remise Isaac Huberstraat naar de Jongkindstraat werd gebruik gemaakt voor de negatieve verbinding van een stalenkogel met ketting en een vin die in de tramrails werd gelegd.
Fotos onderwerp Bovenleiding:
