Stroomafnemer

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Tweebeenpantograaf van een GTL-tram
Eenbenige pantograaf met twee "schuitjes" van Plan T (4-rijtuigtreinstel Mat '64)
Eenbenige pantografen van Plan V (2-rijtuigtreinstel Mat '64)
Pantograaf van een lightrail tram (Bombardier A32)
Pantograaf van een RandstadRail-tram (Regio Citadis)

De stroomafnemer is een aan een beweegbaar deel van een elektrische installatie gemonteerd onderdeel, waarmee de stroom van het vaste deel wordt afgenomen. Deze heeft in veel gevallen de vorm van een schaats, die over een rail op het vaste deel glijdt. Bij elektrische treinen of trams wordt met de stroomafnemer stroom opgenomen van een bovenleiding of derde rail.

Pantograaf[bewerken]

De bekendste en meest gebruikte stroomafnemer is de pantograaf of schaarbeugel, meestal gewoon aangeduid als stroomafnemer (benamingen / afkortingen in het spoorjargon: beugel, stra en panto) is het onderdeel van een trein of tram waarmee de rijstroom van de bovenleiding wordt afgetapt. De stroomafnemer heeft een ingewikkeld mechaniek waarmee het "schuitje" (zie hieronder) met een bepaalde kracht tegen de rijdraden van de bovenleiding wordt gedrukt. Verschillen in de exacte afstand in hoogte tussen de trein en de bovenleiding worden zo opgevangen.

Voor de tram betekende de pantograaf vaak de opvolger van de sleepbeugel of de trolleystang. Bij de elektrische trein werd de pantograaf direct toegepast.

Een pantograaf is genoemd naar de pantograaf of tekenaap die gebruikt werd door wiskundigen en kunstenaars. Er is enige uiterlijke gelijkenis en ook de scharnierende constructies vertonen verwantschap.

Een pantograaf heeft twee benen (vierpoot), die onder het rijden altijd evenwijdig blijven, waardoor de stroomdraad onder een constante hoek wordt geraakt. Tegenwoordig zijn de meeste stoomafnemers met slechts een been (tweepoot) uitgerust. Onder andere Italiaanse treinen, Haagse GTL-trams en Duisburgse trams hebben nog steeds tweebeenpantografen.De Haagse GTL-trams bezitten twee stroomafnemers (een voor en een achterop) en worden afwisselend gebruikt om de slijtage gelijkmatig te houden. Bij een gesneuvelde pantograaf kan men dan verder rijden met de andere pantograaf.

Het onderdeel dat contact maakt met de rijdraad, wordt schuitje of sleepstuk genoemd. Sommige treinen hebben een stroomafnemer met twee schuitjes. Voorbeelden daarvan zijn de meeste elektrische locomotieven, mDDM en Plan T (zie foto). De uitvoering van het schuitje is afhankelijk van de maximale stoomsterkte. Daarom zijn schuitjes van Nederlandse treinen (lage spanning, dus hoge stroomsterkte) heel wat zwaarder uitgevoerd dan die van Duitse treinen (hogere spanning, dus lagere stroomsterkte).

De druk van de stroomafnemer tegen de bovenleiding (rijdraad) mag niet groter worden dan 21 kilogram om beschadiging aan de bovenleiding te voorkomen.[bron?]

Treinen en locomotieven zijn vaak met twee tegengestelde stroomafnemers uitgerust, waarvan er telkens één wordt gebruikt, afhankelijk van de rijrichting. Sommige locomotieven (bijvoorbeeld de NS 1600) mogen namelijk niet meer dan 100 km/h rijden met de voorste stroomafnemer tegen de draad omdat de rijwind de pantograaf anders te veel omhoog stuwt. Met alleen de achterste stroomafnemer omhoog mag wel met volle snelheid gereden worden. Bij het optrekken (als er extra veel stroom nodig is) worden beide pantografen gebruikt.

Bij de meeste hogesnelheidstreinen kan tijdens het rijden op hoge snelheid maar één pantograaf gebruikt worden omdat anders de achterste pantograaf last ondervindt van de zeer hevige trillingen in de bovenleiding, veroorzaakt door de voorste pantograaf. Bij de TGV is dit probleem opgelost door alleen de achterste pantograaf van het achteroprijdende motorrijtuig te gebruiken en het vooroprijdende motorrijtuig te voeden via een hoogspanningskabel over het dak van de trein. Bij de Britse APT-P heeft men beide motorrijtuigen in het midden van de trein geplaatst en op een van beide motorrijtuigen een gezamenlijke pantograaf geplaatst. Het gebruik van een hoogspanningskabel zoals bij de TGV is in het Verenigd Koninkrijk om veiligheidsredenen namelijk niet toegestaan.

De stroom die door één pantograaf kan worden opgenomen is beperkt. Bij lage bovenleidingspanningen (onder andere 1500 V en 3000 V) is het daarom soms noodzakelijk twee pantografen te gebruiken. Dat is het geval bij hoge vermogens, dus bij TGV en bij snelheidsverhoging. Zo rijdt de TGV op 1500 V en 3000 V altijd met beide pantografen omhoog (één per motorrijtuig). De snelheid is daarbij beperkt tot 200 à 220 km/h. Op hoge spanning (15 kV, 25 kV) volstaat één pantograaf om het vermogen over te brengen en laat men de voorste pantograaf zakken.

Het schuitje bij trams dat sleepstuk wordt genoemd was aanvankelijk een zwiksleepstuk dat gemakkelijk kon bewegen. Later kwamen er ook dubbele sleepstukken die niet meer konden bewegen. De pantograaf van een tram kan gemakkelijk loskomen. Dit is een veiligheidsmaatregel om te vermijden dat bij een probleem de tram de hele bovenleiding aan flarden trekt en de draden op de grond terechtkomen. Pantografen konden door de bestuurder met het beugeltouw naar beneden worden getrokken. Tegenwoordig hebben de meeste trams een hydraulisch systeem.

Slijtage[bewerken]

Bij treinen vertoont de bovenleiding een horizontale zigzaglijn. Bij elke bovenleidingportaal is de positie van de bovenleiding hierdoor iets anders. Hiermee wordt bereikt dat de pantograaf gelijkmatig afslijt tijdens het rijden. Zou de bovenleiding recht hangen, dan zou deze snel een diepe groef in het sleepstuk slijpen.

Geluid[bewerken]

Bij hogesnelheidstreinen, die een aerodynamische vorm hebben om de luchtweerstand zo laag mogelijk te maken, vormt de stroomafnemer bij hoge snelheden naast het rolgeluid een belangrijke geluidsbron.

Sleepbeugel[bewerken]

Vroeg voorbeeld van een tram met sleepbeugel (museumtram van Halle an der Saale)

De sleepbeugel of lyrabeugel werd vroeger veel gebruikt bij trams. Hij heeft een eenvoudige constructie met als enig bewegende deel een scharnier waarmee de beugel omhoog gezet wordt tegen de rijdraad. Een belangrijk nadeel ten opzichte van de pantograaf is de moeilijkheid om achteruit te rijden. Bij tweerichtingtrams moest de trambestuurder of -conducteur aan het eindpunt de sleepbeugel 180 graden draaien om weer terug te kunnen rijden. Deze slingerende beweging, met behulp van een koord, vereist een speciale vaardigheid en kracht. Een oplossing hiervoor was de door sommige trambedrijven toegepaste klapbeugel. Hierbij werd de rijdraad aan het keerpunt van de lijn zo hoog mogelijk aangebracht, zodat de beugel van de tram vrijwel verticaal kwam te staan. Bij het wegrijden in de tegengestelde richting klapte de beugel dan de andere kant op, zonder dat er mensenhanden aan te pas behoefden te komen.

Nog tot 1983 reden er in Amsterdam trams met een sleepbeugel. In Rome hebben veel trams een moderne variant van de sleepbeugel.

Trolleystang[bewerken]

Gentse trolleybus, zichtbaar zijn de beide stroomafnemers.
Model van een trolleystang met -schoen: Trolleybusmuseum Arnhem.
Beugelen van een trolleystang. De bestuurder trekt met een touw de trolley van de draad, loopt er mee om naar de andere kant en plaatst de stang weer tegen de draad. Daarna fixeert hij de draad aan de tram.
Retrievers achter op een trolleybus trekken de trolleystangen snel automatisch naar beneden als deze van de draad af schieten om schade aan de bovenleiding te voorkomen.

De trolleystang wordt tegenwoordig voornamelijk nog bij trolleybussen gebruikt. Vroeger kwam deze ook veel voor bij trams, en in het Amerikaans-Engels is trolley daardoor een synoniem voor tram.

De trolleystang wordt gebruikt om elektriciteit van een positieve leiding – die boven het wegdek is opgehangen – naar de motor van een tram of trolleybus te transporteren. De stang is cilindrisch en is van hout of metaal. Deze manier om elektriciteit over te brengen op de motoren van een voertuig is een uitvinding van Frank J. Sprague uit de jaren 1880. De stang wordt met veren tegen de bovenleiding gedrukt. Een touw aan de stang, dat weer aan de tram wordt bevestigd, stelt personeel in staat de trolleystang van de draad te trekken. Bij dit systeem wordt een stang tegen de draad gezet met aan het uiteinde een wieltje (de "trolley" = "wagentje") of sleepschoentje, dat om de draad heen valt. Trolleybussen hebben twee trolleystangen, voor positief en negatief. Bij trams is een enkele trolleystang voldoende, doordat de rails de stroomkring compleet maken. Toch pasten ook de tramlijn Utrecht - Zeist en het trambedrijf van Cincinnati dubbelpolige bovenleiding en dus twee trolleystangen toe om storing door zwerfstromen te voorkomen.

Ook het trolleysysteem is rijrichtinggevoelig. Tweerichtingtrams hebben daarom vaak twee trolleystangen (voor elke rijrichting een). De trambestuurder zal, om de andere kant uit te kunnen rijden, naar buiten moeten om de ene stang neer te halen en de andere op te laten. In vroeger jaren hadden de trams meestal maar één trolleystang, die bij de eindpunten op dezelfde wijze moest worden gedraaid als de sleepbeugel, het zogenaamde 'beugelen'.

Toepassing[bewerken]

Het wieltje werd vooral in de Verenigde Staten massaal toegepast bij stedelijk én tussenstedelijk (Interurban) openbaar vervoer. Alhoewel goed toepasbaar, was de trolleystang met wieltje ook problematisch in gebruik. Als – door het schudden van de tram – de trolleystang meebewoog en de stang enigszins losraakte van de bovenleiding sloegen de vonken er vanaf. Bij een niet strak opgehangen bovenleiding, of op plekken met ingewikkelde kruisingen van draden, ontspoorde het wieltje wel eens zodat de tram plotseling stilstond.

Een ander probleem was dat het wieltje hoge slijtage aan de leiding toebracht. Een schoen, die leek op een 8-vormig figuur, met een groef die aan het einde van de trolleystang was bevestigd, bleek een sterke verbetering. Bedrijven stapten hierop in de jaren twintig massaal over, op een enkele uitzondering na (Philadelphia pas in 1978). De schoen maakte veel beter contact met de bovenleiding, waardoor het vonken afnam en ook de slijtage van de leiding. Een belangrijk nadeel van de trolleystang is het feit dat er wissels in de bovenleiding nodig zijn (zie trolleywissel). Ook daardoor komen ontsporingen van de trolley regelmatig voor. De rijdraad moet dan ook veel zorgvuldiger worden opgehangen dan bij exploitatie met pantografen of sleepbeugels. Daartegenover veroorzaakt het trolleysysteem nauwelijks slijtage aan de bovenleiding, vergeleken met het schuren van het "schuitje" langs de rijdraad bij een pantograaf.

Een houten trolleystang was aan de binnenkant voorzien van een kabel om de stroom te transporteren. Bij een metalen stang was dit ook mogelijk, maar een systeem waarbij de stang zelf de stroom transporteert komt ook voor. De stang moet dan wel geïsoleerd worden van de carrosserie van het voertuig. Indien trams aan beide kanten een besturingsinrichting hadden – de standaard in de begintijd van tramexploitatie – moest de trolleystang door de bestuurder gedraaid worden indien geen keerlus beschikbaar was. Daarvoor dient het touw, dat in de begintijd handmatig werd opgerold op een haak achterop de tram. Later kregen de trams en trolleybussen ‘retrievers’ die de touwen strak hielden en automatisch oprolden als de trolleystang van de draad schoot. Dit voorkwam dat een ontspoorde stang ging zwabberen en schade toebracht aan de bovenleiding. Een tram met trolleystang moet altijd worden gesleept maar duwen is mogelijk en wordt zo nu en dan op remiseterreinen (voorzichtig, vaak om te rangeren) toegepast. In de Verenigde Staten kwamen vele trambedrijven voor met twee trolleystangen per tram, elk voor één richting. De bestuurder behoefde dan bij het eindpunt niet te draaien, maar wel van trolleystang te wisselen. In plaats van een touw als toepassing werd ook wel bij elk eindpunt een lange stok geplaatst die meestal van bamboe was. Deze was sterk, licht en flexibel en veilig (transporteerde geen stroom.)

Gebruik voor trams[bewerken]

  • In de Verenigde Staten was de trolleystang de meest toegepaste manier om stroom van een bovenleiding naar een tram te transporteren. Bij nieuwe bedrijven wordt echter alleen nog de pantograaf toegepast. Nieuw gebouwde museumtrambedrijven (‘Heritage Trolley’s') gebruiken echter de trolleystang. Vanzelfsprekend blijven trolleybussen trolleystangen gebruiken.
  • In Canada, waar de trolleystang standaard was, rijdt de tram in Toronto er nog steeds mee. De nieuwe bedrijven in Edmonton en Calgary rijden met pantograaf.
  • In Zuid-Amerika was de trolleystang de meest gebruikte manier van stroomafname.
  • In Australië en Nieuw-Zeeland gebruikte men naar Brits voorbeeld de trolleystang. Ook hier hebben nieuwe bedrijven (Sydney) de pantograaf in gebruik, terwijl Melbourne doorging met de trolleystang. Tegenwoordig gebruiken Melbourne en Adelaide de pantograaf.
  • In Japan is de pantograaf de standaard.
  • In Europa was en is de pantograaf de meest gebruikte toepassing. Wel had de pantograaf ook een voorganger. Dit was een zgn. sleepbeugel die ook bij de eindpunten moest worden omgezet. Enkele steden zijn met de trolleystang begonnen en overgestapt op de pantograaf (Brussel, Berlijn, München). Dit gebeurde dan bijvoorbeeld als er modern materiaal werd gekocht. In Kopenhagen reed men echter tot de opheffing van het trambedrijf met de trolleystang, ook bij het modernste, enkelgelede materiaal.
  • In Nederland kwam trolleybovenleiding alleen voor bij de Utrechtse stadstram en de tramlijn Utrecht - Zeist. In de beginjaren 1900-02 gebruikte Amsterdam de trolleystang, maar deze stad ging al snel over op de sleepbeugel.
  • In België was de trolleystang in gebruik bij vele tramnetten. De Brusselse trams hebben nog tot in de jaren zeventig met trolleystangen gereden. Jarenlang hadden zij zowel een trolleystang (voor de bovengrondse trajecten) als een pantograaf (voor in de premetro tunnels).
  • In Lissabon wordt de trolleystang nog steeds gebruikt op 2 tramlijnen maar hebben alle trams zowel een trolleystang als een pantograaf. De klassieke tram van Porto heeft ook nog een trolleystang evenals in Napels en in Riga.

Zie ook: Trolleybovenleiding

Sleepschoen voor de derde rail[bewerken]

In onder meer Amsterdam hebben de metrorijtuigen een sleepschoen die stroom afneemt aan de onderzijde van de derde rail. Omdat gebruik in de werkplaats van een derde rail te gevaarlijk is hebben in onder meer Amsterdam de metrorijtuigen een kleine pantograaf waarbij in de werkplaats om veiligheidsredenen een stuk bovenleiding aanwezig is in plaats van een derde rail.

Botsauto's[bewerken]

Botsauto's op de kermis bezitten meestal een verticale stang met een lusvormig sleepcontact dat stroom afneemt van een boven de rijvloer gespannen metalen net (een soort kippengaas) dat onder spanning wordt gezet waardoor de wagentjes het gehele lokaal kunnen berijden.