Persoonlijke instellingen

Hellingen/Klimspiralen

Uit BeneluxSpoor.net - Encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Hoofdpagina  Categorie-index  Index  Menu
Vorige | Volgende

Onder redactie van: BeneluxSpoor.net / Auteurs: Hans van de Burgt en Ronald Koerts


Inleiding

Bij het maken van een ontwerp voor een modelbaan zijn hellingen en klimspiralen bijna onvermijdelijk. De ruimte voor de modelbaan is meestal zo beperkt dat een helling in het plan verwerkt moet worden. Het aanleggen van hellingen, spiralen en helixen op een modelspoorbaan wordt soms als moeilijk ervaren.

E0405-05.JPG
Afbeelding: 01
OberweissBacher Berg und Schwarzatahlbahn
Foto gemaakt door: Ronald Koerts


Waar liggen hellingen?

Hellingen komen overal voor. Naast hoogteverschillen in het landschap, zoals op- en nabij de Veluwe en in het Limburgse landschap, komen ze ook voor bij:

  • Bruggen
  • Tunnels
  • Viaducten
  • Fly-overs
  • Dive-unders.

Hellingen bij het grootbedrijf

In het grootbedrijf zijn verschillende richtlijnen voor hellingen. Er zitten verschillen in spoorlijnen die zonder hulpmiddelen de helling nemen en spoorlijnen met gebruikmaking van hulpmiddelen. Hulpmiddelen kunnen bestaan uit kabels en tandradheugels in het midden van de rails. Bij hellingen, die zonder hulpmiddelen genomen, worden spreekt men over 'adhesie'.

Bij spoorlijnen in zeer steile berggebieden (zoals de Andes in Peru) zijn hellingen soms in zig-zag vorm aangelegd. De trein rijdt dan afwisselend voor- en achteruit de helling op.

Adhesie

Het maximale hellingspercentage wat toegepast wordt in Nederland is 6%, dat wil zeggen dat op iedere 100 meter horizontaal de spoorbaan zes meter stijgt. Dit percentage geldt alleen voor rechte baanvakken. In bogen dient het percentage lager te zijn. Het hellingspercentage hangt ook af van het gebruik van de spoorlijn. Er zijn verschillende richtlijnen voor hoofdlijnen, zijlijnen, hogesnelheidslijnen en goederenlijnen. In het buitenland worden ongeveer dezelfde percentages aangehouden en deze zijn, net als in Nederland. afhankelijk van de functie van spoorlijn.

Opdruklocomotieven

In heuvelachtig gebied spoorlijnen vlakker aanleggen vergt meer grondverzet in ophoging en ingraving en is dus duurder. Om kosten lager te houden worden lijnen op hellingen dan soms toch te steil aangelegd, waardoor treinen niet zonder hulp de helling op komen. Daarvoor werd dan achter de trein een extra locomotief geplaatst. Deze duwde de trein op, waardoor deze zonder verdere moeite de helling kon nemen. In Nederland gebeurt dat eigenlijk nergens meer, maar in het buitenland is het een normale gang van zaken. Onder andere op de hellingen bij de stad Luik in België of op een aantal trajecten in Zwitserland en Oostenrijk.

Hulpmiddelen

Grotere hellingspercentages kunnen niet overwonnen worden met 'normale' adhesielocomotieven. Met hulpmiddelen kan de helling wel overwonnen worden. Dit doet men bijvoorbeeld met een tandheugel tussen de rails en een tandrad op de assen, of een kabel tussen twee wagens. Bij een tandradbaan heeft de trein onder één of meerdere assen een tandwiel meelopen, dat in een tandheugel tussen de sporen grijpt. Hierdoor kunnen zeer grote hellingen overwonnen worden. Bij toepassing van een kabel zit de trein vast aan een kabel, die de trein omhoog trekt. Meestal gaat tegelijkertijd ook een trein naar beneden.

Aangegeven hellingspercentage

Het hellingspercentage wordt op verschillende manieren aangegeven:

Aanduiding Uitgesproken als Uitleg
Helling 1:XX 'Helling van één op XX'. De XX staat voor de hoogte: 1:100 betekent dat de spoorbaan iedere 100 meter horizontaal, 1 meter stijgt (=1%). Deze notatie wordt veel gebruikt bij de infrastructuur.
Helling XX% 'Helling van XX procent'. Bijvoorbeeld: helling van 3% betekent dat de spoorbaan iedere 100 meter horizontaal, 3 meter stijgt (3:100).
Helling XX‰ 'Helling van XX promille'. Bijvoorbeeld: helling van 25‰ betekent dat de spoorbaan iedere 1000 meter horizontaal, 25 meter stijgt. Deze notatie wordt bij de spoorwegen het meeste gebruikt.
Tabel: 01
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom


Hellingen bij modelspoor

E0405-06.JPG E0405-07.JPG E04.05.03-04.JPG
Afbeelding: 02 Afbeelding: 03 Afbeelding: 04
Helling in aanbouw Helling met klimspiraal Compleet traject met tandheugel
Foto gemaakt door: Ronald Koerts Foto gemaakt door: Ronald Koerts Foto gemaakt door: Ronald Koerts

Hellingen in de modelbaan moeten voldoen aan dezelfde eisen als bij het grootbedrijf. Hellingen bij modelspoor zijn nodig om bijvoorbeeld een trein naar het schaduwstation te kunnen laten rijden. Een schaduwstation kan onder het zichtbare gedeelte van de modelbaan liggen. Er zijn verschillende manieren om een helling te maken.

Het hellingspercentage mag niet te groot zijn want anders komen de treinen niet omhoog. Eventueel zijn nog hulpmiddelen als een tandheugel in te zetten om met bepaalde modellen steilere hellingen te kunnen nemen. Er zijn verschillende fabrikanten die tandradsystemen in model leveren.

E0405-04.JPG
Afbeelding: 05
Overzicht hellingspercentages
Tekening gemaakt door: Ronald Koerts


Hellingspercentages modelspoor

Bijna alle huidige modeltreinen kunnen goed overweg met hellingen. Stijgende hellingen tot 5% moeten geen probleem zijn. Voor de levensduur van de motoren echter is het niet aan te bevelen, deze zullen zwaarder belast worden door lange steile hellingen. Daarnaast is het afhankelijk van het feit of er met lange of korte treinen gereden wordt of dat de helling alleen stijgend of dalend bereden wordt. Dalende hellingen mogen steiler zijn. Hoe langer de trein, hoe minder steil de stijgende helling mag zijn. Het kan ook zijn dat een trein 'af fabriek' niet tegen een helling met een groter percentage dan bijvoorbeeld 3% kan opklimmen.

Bij steilere hellingen moet rekening worden houden met de volgende zaken:

  • extra slijtage aan de treinen
  • extra onderhoud door slijtage
  • rijden met korte treinen.
Steile hellingen & tandrad

Bij toepassen van echt steile hellingen moet een tandradsysteem toegepast worden. Een tandradlocomotief kan hellingen tot 35% aan. In bogen mag het hellingpercentage meestal niet meer dan 25% zijn.

Er is een aantal fabrikanten die een tandradsysteem levert. Voor schalen H0 en N is dat de Firma Fleischmann, voor schaal H0e en H0m onder andere de Firma Bemo. In het artikel Fleischmann Tandradsysteem zie: 'Meer informatie' wordt uitgelegd hoe een tandradtraject in de modelbaan is op te opnemen.

Ook bij het tandradsysteem geldt dat er een topboog en een voetboog aan de helling moeten zitten om de helling goed te kunnen laten nemen door de locomotief en de rijtuigen/wagens.

Rechte hellingen

De algemene regel is dan ook: hellingpercentage voor rechte stijgende hellingen in modelbanen niet groter dan 3%. Dat betekent een stijging van 3 cm per meter (3:100)..

Stelregel: Maximale hellingspercentage voor modelspoor: 3% of 3 cm hoogteverschil per meter.
Bogen in een helling

Een boog in een stijgende helling geeft een extra probleem. Door extra wrijving tussen de wielflenzen en de spoorstaven is er meer weerstand, wat weer meer kracht kost om de trein naar boven te laten rijden. Daarom zou in hellingen met bogen een kleiner hellingspercentage gebruikt moeten worden, bijvoorbeeld maximaal 2%. Dat betekent dus een stijging van 2 cm per meter. Bij geen gebruik maken van zeer lange treinen, of wanneer de boog niet te krap is, is de normale stijging van 3% aan te houden.

Hoe lang moet een helling zijn?

Dit is afhankelijk van twee dingen, de te overbruggen hoogte en het maximale hellingspercentage van 3%. Wanneer deze twee gegevens bekend zijn, is de lengte van de helling uit te rekenen. Denk bij het bepalen van de hoogte ook aan een eventuele bovenleiding, de dikte van de onderbouw (plaat), de dikte van de opbouw van de isolatie en dergelijke. Bij een hoogteverschil van 9 cm is dan minimaal 3 m rijlengte nodig.

Om het gemakkelijker te maken hier een tabel:

Stijging. Lengte.
6 cm. 2,00 meter.
8 cm. 2,66 meter.
10 cm. 3,30 meter.
12 cm. 4,00 meter.
14 cm. 4,66 meter.
16 cm. 5,33 meter.
Tabel: 02
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom


Sporen over elkaar heen

E0405-01.JPG E0405-02.JPG
Afbeelding: 06 Afbeelding: 07
Minimaal hoogteverschil schaal H0 Minimaal hoogteverschil schaal N
Tekening gemaakt door: Ronald Koerts Tekening gemaakt door: Ronald Koerts

Als twee sporen elkaar met een viaduct of een brug kruisen, moet de trein op het onderste niveau er uiteraard nog wel vrij onderdoor kunnen. Er moet dus gerekend worden met een aantal zaken:

  • de schaal
  • de dikte van de rails met bedding
  • dikte van de bodemplaat op het tweede niveau
  • eventueel bovenleiding
  • het profiel van vrije ruimte.
Minimale hoogte

Rekening houdend met bovenstaande komt er een minimale hoogte uit. De minimale hoogte voor schaal H0 is 75 mm voor gedeeltes zonder bovenleiding. Voor schaal N geldt minimaal 45 mm.

Stijgen en dalen tegelijk

Wanneer de sporen over elkaar heen lopen is er dus een minimale hoogte nodig. De helling heeft daardoor een lengte van twee tot drie meter. Deze lengte is te beperken door de sporen tegelijkertijd te laten stijgen en dalen. Dan is er maar de helft van de lengte van de helling nodig. Zie daarvoor ook het onderstaande voorbeeld voor de schaal H0.

E0405-03.JPG E0405-08.JPG
Afbeelding: 08 Afbeelding: 09
H0: Sporen over elkaar heen H0: Sporen over elkaar heen in een 'acht'
Tekening gemaakt door: Ronald Koerts Tekening gemaakt door: Ronald Koerts

Klimspiraal of helix

Met een helix is een boel ruimte te winnen. Een helix wordt ook wel een (klim)spiraal genoemd (een spiraal heeft echter een variabele straal, een helix heeft een constante straal). Met een helix of spiraal wordt de helling beperkt tot niet meer dan de oppervlakte van een cirkel. Daardoor is op een kleine ruimte veel hoogteverschil te overwinnen. Hoogteverschil tot 30 — 40 cm is geen uitzondering.

De diameter van de cirkel is afhankelijk van het hoogteverschil tussen de niveaus en het hellingspercentage. Een minimale straal is toch wel 420 mm (diameter 840 mm) omdat deze straal voor veel locomotieven en rijtuigen de minimaal benodigde straal is. Bij een dubbelsporige helix is het slimste om de dalende treinen de binnenboog te laten nemen en de stijgende treinen de buitenboog.

Spiralen bij het grootbedrijf

Ook in het grootbedrijf worden helixen en spiralen toegepast om op een klein oppervlak hoogte te kunnen winnen, in een zogenaamde loop. Zie o.a. hier.

Berekeningen

Op het internet staan hulpmiddelen voor het berekenen van de afmetingen van een helix. De bekendste is de Excelsheet van Rainer Lüssi. Met zijn Excelsheet is een mooie helix te berekenen. Dit Excelsheet is vertaald naar het Nederlands en is hier te downloaden (zie: 'Meer informatie' hieronder).

In ontwerpprogramma's voor baanplannen kan de hoogteligging van het spoor worden aangegeven en het programma geeft dan in een toepasselijke kleur het hellingspercentage aan.

Begin- en einde van de helling

Helling024iw.jpg
Afbeelding: 10
Te scherpe hellinghoek
Foto gemaakt door: Nedrail1435

De helling moet vloeiend verlopen anders zullen de locomotieven blijven steken. Vooral bij langere stoomlocomotieven moet er op gelet worden dat er geen scherpe knikken bij het begin- of einde van de hellingen voorkomen, anders worden de middelste wielen van de loc opgetild, verliezen het contact met de rails en ontsporen, of krijgen geen spanning meer toegevoerd en dan blijft de loc staan. Naast het stilstaan van de locomotief kan het gebeuren dat één of meer rijtuigen of wagens ontkoppelen. Zie figuur A en B hiernaast.

Een vloeiende verticale overgang maken gaat het gemakkelijkst door in de bodemplaat een deel los te zagen en deze als een flap omhoog te buigen. Daardoor ontstaat een natuurlijke boog in het plaatmateriaal maar dit werkt alleen bij dunne bodemplaten. De straal die met het omhoog buigen bereikt wordt, is goed genoeg om het ontsporen en het ontkoppelen te voorkomen.

Hoe een helling bouwen?

Voor het bouwen van een helling zijn er verschillende methodes;

  • met schuim
  • met steunen
  • met draadeinden.
Met schuim

Met dak-isolatieplaten is relatief eenvoudig een helling te fabriceren. Daarvoor is polystyreen hardschuim High Density 300 (HD300) te gebruiken. Dit materiaal wordt ook wel Styrofoam of 'blauwe Roofmate' genoemd. Het betreft een meestal lichtblauw gekleurd schuim met een vrij harde structuur, enigszins te vergelijken met Styropor (wit piepschuim), maar met een veel vastere structuur. Genoemd materiaal is verkrijgbaar in vele bouwmarkten.

De hellingen kunnen worden opgebouwd door het materiaal op elkaar te stapelen (ook in de bogen). HD300 laat zich gemakkelijk versnijden met behulp van een Styrofoamsnijder of thermozaag.

Styroporschuim.jpg Styroporhelling.gif Thermozaag.jpg
Afbeelding: 11 Afbeelding: 12 Afbeelding: 13
Polystyreen hardschuim HD300
DOW Chemical Company
Helling van Styroporplaat
 
Harolds thermozaag B
 
Foto gemaakt door: Styrocut – Düsseldorf (D) Tekening gemaakt door: Hans van de Burgt Foto gemaakt door: Mieke de Boer


Met steunen

Een andere methode is het op maat zagen van een aantal (houten) steunen. Deze komen dan op de juiste plaats onder de onderbouw van de rails, om zo de hoogte in te gaan. Bij deze methode moeten de steunen zeer nauwkeurig op maat gezaagd worden. Daarnaast moeten deze ook zeer nauwkeurig op hun plek geplaatst worden.

Met draadeinden

Deze methode komt steeds meer in zwang. Met draadeinden wordt de helling op de juiste hoogte gebracht. De voordelen van deze methode zijn:

  • gemakkelijk te bouwen
  • lichte constructie
  • hoogtes nauwkeurig af te stellen.

Het principe is dat de draadeinden met moeren en onderlegringen in de onderbouw of een lager niveau geplaatst worden. De helling wordt dan met multiplex platen opgebouwd. Deze platen hoeven niet zo heel dik te zijn. De platen worden ook weer vastgezet met moeren en eventueel afstandhouders van op maat gezaagde plastic elektrabuis. Deze manier van bouwen wordt ook gebruikt bij het maken van een helix.

Het bouwen van een helix

Helixen zijn ruimtebespaarders. Grote hoogteverschillen kunnen goed overwonnen worden.

E040501-07.JPG E040501-08.JPG E040501-09.JPG
Afbeelding: 14 Afbeelding: 15 Afbeelding: 16
Opbouw helix Opbouw helix Opbouw helix: gereed
Foto gemaakt door: Ronald Koerts Foto gemaakt door: Ronald Koerts Foto gemaakt door: Ronald Koerts


Zelfbouw of kant-en-klaar?

Er zijn firma's die een kant-en-klaar systeem verkopen wat alleen maar in elkaar gezet hoeft te worden. Deze oplossingen kunnen voor de niet handige modelbouwer een goede mogelijkheid zijn, maar deze zijn wel duurder dan zelfbouw.

Zelfbouw

Er zijn verschillende methodes om een helix of klimspiraal te maken. Er zit vooral verschil in het ondersteunen van de rij-niveau's van de helix. Dit is te doen door gebruik te maken van hout of draadeinden zoals beschreven bij hellingen.

Voor de rest zitten er verschillen in het gebruik van hout. De rijniveaus van de helix moeten altijd uit platen of planken gezaagd worden, uit één stuk of in gedeelten. De laatste methode kan een besparing van hout geven, maar het is iets meer werk.

Draadeindmethode

Dit is een methode die net als bij hellingen het rijniveau ondersteunt met moeren en doorgaande draadeinden.

Berekeningen

Voor het berekenen van een helix zijn een paar basisformules nodig. Zoals de standaardformule voor het bepalen van de lengte van een boog/cirkel en het uitrekenen van het hellingspercentage. Rainer Lüssi heeft op zijn website een Excelsheet voor het berekenen van een helix. Dit Excelsheet is vertaald naar het Nederlands en deze is hier te downloaden (zie 'Meer informatie' hieronder).

Gegevens voor de berekeningen:

  • stralen van de te gebruiken rails, in millimeters
  • het totale hoogteverschil, in millimeters
  • het hoogteverschil tussen de niveaus, in millimeters
  • de Excelsheet van Rainer Lüssi, of een afgeleide daarvan.

Benodigde materialen:

  • houten platen voor de rij-niveaus
  • houtlijm
  • draadeinden (M6 of M8)
  • bij het draadeind passende moeren en onderlegringen.

Welke maat draadeinden moeten er gebruikt worden? Dat hangt een beetje van de hoogte af en hoe zwaar alles mag worden. Hoe dikker het draadeind, hoe zwaarder en hoe duurder deze is. Een draadeind M4 is goed genoeg, M6 of M8 is meer dan voldoende.

Voorbeelden

De artikelen 'Klimspiraal systeem Rainer Lüssi' en 'Klimspiraal Basis Plus Systeem' (zie: 'Meer informatie') geven voorbeelden van het bouwen van een helix. Daarnaast staat in het artikel Praktijkvoorbeeld klimspiraal een voorbeeld van een zeer grote spiraal, zie 'Meer informatie'.



Downloads.png
Excel-bestand
Berekening helix

Hier is de Excelsheet voor berekeningen volgens Rainer Lüssi te downloaden.


Meer informatie

Encyclopedie:
Beneluxspoor.net:
over een achthoekige helix.
Externe websites:
Klimspiralen.
Blauwschuim.
Klimspiralen.
Klimspiralen.
Methode voor het maken van klimspiralen.



Hoofdpagina  Categorie-index  Index  Menu
Vorige | Volgende
Contact met de redactie: Contact met de redactie 

Laatste wijziging: 4 juli 2019 09:40 (CEST)