|
|
Hellingen/klimspiralenUit BeneluxSpoor.net - Encyclopedie
(Doorverwezen vanaf Hellingen/Klimspiralen)
Onder redactie van: BeneluxSpoor.net / Auteurs: Hans van de Burgt en Ronald Koerts
InleidingBij 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/of helices (in de volksmond: helixen) op een modelspoorbaan wordt soms als moeilijk ervaren.
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:
Hellingen bij het grootbedrijfIn 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 zigzag vorm aangelegd. De trein rijdt dan afwisselend voor- en achteruit de helling op. AdhesieHet maximale hellingspercentage wat toegepast wordt in Nederland is 6%, dat wil zeggen dat op iedere 100 meter horizontaal de spoorbaan 6 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. OpdruklocomotievenIn heuvelachtig gebied spoorlijnen vlakker aanleggen vergt meer grondverzet in ophoging en ingraving en is dus duurder. Om aanlegkosten 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, dit maakt de exploitatiekosen hoger. Deze extra locomotief 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. HulpmiddelenGrotere 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 dan tegelijkertijd ook een trein naar beneden aan het andere uiteinde van dezelfde kabel en is halverwege een passeerspoor aangelegd. Aangegeven hellingspercentageHet hellingspercentage wordt op verschillende manieren aangegeven:
Hellingen bij modelspoor
Hellingen in de modelbaan moeten voldoen aan dezelfde eisen als bij het grootbedrijf. Hellingen bij modelspoor zijn nodig om bijvoorbeeld een trein naar een 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.
Hellingspercentages modelspoorBijna 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:
Steile hellingen en tandradBij 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 wordt uitgelegd hoe een tandradtraject in de modelbaan is op te nemen. 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 hellingenDe 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)..
Bogen in een hellingEen 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 of stroken), 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:
Sporen over elkaar heen
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:
Minimale hoogteRekening 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 tegelijkWanneer 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.
Klimspiraal of helixMet 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 boogstraal 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 grootbedrijfOok 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. BerekeningenOp 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
De helling moet vloeiend verlopen anders zullen de locomotieven blijven steken. Vooral bij langere stoomlocomotieven moet er op gelet worden dat er geen scherpe horizontale 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 schuimMet 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.
Met steunenEen 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 draadeindenDeze methode komt steeds meer in zwang. Met draadeinden wordt de helling op de juiste hoogte gebracht. De voordelen van deze methode zijn:
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 helixHelixen zijn ruimtebespaarders. Grote hoogteverschillen kunnen goed overwonnen worden.
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. ZelfbouwEr zijn verschillende methodes om een helix/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. DraadeindmethodeDit is een methode die net als bij hellingen het rijniveau ondersteunt met moeren, onderlegringen en doorgaande draadeinden. BerekeningenVoor 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. De Excelsheet is vertaald naar het Nederlands en deze is hier te downloaden (zie "Meer informatie" hieronder).
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. VoorbeeldenDe artikelen Klimspiraal systeem Rainer Lüssi en Klimspiraal Basis Plus Systeem geven voorbeelden van het bouwen van een helix. Daarnaast staat in het artikel Praktijkvoorbeeld klimspiraal een voorbeeld van een zeer grote spiraal.
Hier is de Excelsheet voor berekeningen volgens Rainer Lüssi te downloaden. Meer informatie
Gerelateerde termen: Helix, Klimspiraal, spiraal, stijgspiraal
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
