Een overvol Rotterdams perron op maandagochtend. Op het traject van Rotterdam naar Den Haag is een bovenleiding gebroken. Chaos in de Randstad, het treinverkeer ligt plat. Reizigers zijn overgeleverd aan alternatieve vervoersmiddelen om op de plaats van hun bestemming te komen. Als het aan Ir. Evert van Veldhuizen en ing. Jan Moraal ligt, zal in de toekomst een defecte bovenleiding niet meer de krantenkoppen halen. Ze zijn de specialist op het gebied van pantografen en bovenleidingen.

De pantograaf en een bovenleiding vormen een solide team: samen geven ze een trein de energie om te rijden. Hoe? Een pantograaf haalt rechtstreeks stroom uit de bovenleiding voor een trein. Alleen zorgt langdurige wrijving tussen de pantograaf en bovenleiding voor slijtage, waardoor op den duur de bovenleiding kan breken. Moraal: “Als een bovenleiding breekt, komt deze leiding als spaghetti naar beneden.” Herstel vergt veel tijd. En daarvan ondervindt een aangrenzend spoor ook veel hinder. Het resultaat leidt tot langdurige vertragingen en boze reizigers. Voor hun opdrachtgever, spoorwegnetbeheerder ProRail, zoeken van Veldhuizen en Moraal daarom naar een preventief antwoord op bovenleidingsbreuken. Ze kijken hiervoor naar mogelijke oplossingen in zowel de bovenleiding als de pantograaf. Eén van hun ideeën is de rolpantograaf.

Rollen

 “We laten onze nieuw ontworpen pantograaf rollen in plaats van glijden” vertelt Van Veldhuizen. “Als een pantograaf langs een bovenleiding rolt, heb je minder weerstand en dus minder slijtage.  Maar alleen onderzoek naar het gedrag van een pantograaf is niet voldoende. We kijken hier in het Stevinlab van de faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen hoe een pantograaf optimaal elektriciteit kan doorgeven van een bovenleiding aan een trein.  Dit is een uitdaging. De energie gaat van bovenleiding naar de rol. De rol geeft de energie weer door aan de trein. Je wilt zorgen voor een constante stroomdoorvoer, zonder onderbrekingen. Bij een hogere snelheid van een trein, is dit contact een limiterende factor. De pantograaf gaat klapperen en zorgt voor vonken. Dit komt ook de levensduur van de bovenleiding niet ten goede. Verder kijken we ook naar de grootte van de rol en het materiaal.

Testen

In het lab testen van Veldhuizen en Moraal de rolpantograaf met een bovenleidingssimulator. Hun prototype pantograaf is in de simulator geplaatst en denkt dat hij onder een echte bovenleiding doorrijdt. De bovenleiding wordt gesimuleerd met een draaiend wiel. Dit wiel beweegt over de rollende pantograaf. “Op en neer en heen en weer. Het wiel kopieert letterlijk het gedrag van een bovenleiding, licht van Veldhuizen toe. “Deze bewegingen worden ingegeven vanuit een computer. De simulator brengt veel voor ons in kaart. Hoe maak je bij rollen het contact tussen de pantograaf en bovenleiding optimaal? En welke krachten komen hierbij vrij?”.

Voordeel

Waarom testen ze in het lab en niet in het veld? “Een test met een simulator is herhaalbaar, flexibel en goedkoop. Je kunt op hoge snelheden testen en extremen opzoeken die met een testrit op het spoor nooit zouden kunnen. Testritten op een echt spoor zijn kostbaar, vragen een tijdrovende planning en je bent afhankelijk van weersomstandigheden. Als tijdens een test een bovenleiding breekt, dan ben je verder van huis”, geeft Moraal aan.

Bouwen

Op de vraag of het moeilijk is om een simulator te bouwen, antwoord Moraal: ”Daarom werk ik bij de TU Delft. Je begint met helemaal niets en uiteindelijk creëer je iets. Je doet inspiratie op over de hele wereld en kijkt hoe anderen het doen. Je zoekt contact met fabrikanten voor onderdelen en zoekt naar componenten op schaal”. Hiervoor zitten Van Veldhuizen en Moraal ook om tafel met de Dienst Elektronische en Mechanische Ontwikkeling (DEMO) van de TU Delft. “Ze hebben ons goed geholpen bij het ontwikkelen van de experimentele opstelling. Soms bedenk je dingen die niet werken. Daar moet je dan een alternatief voor verzinnen”.

Gepubliceerd: augustus 2017