Welkom Inhoud Inleiding Andere tractie Spoorwijdte Producenten Import & handel Eigenaars Materieel Links Contact ► Nieuw ◄ ► Zoeken ◄

Stoomtractie smalspoor

Stoomtractie normaalspoor

Motortractie smalspoor

Motortractie normaalspoor

Boeken

Aanvullingen

Tijdschriften

Raadsels

Loctypes

Modellen

Aanvullingen op het boek “Industrielocomotieven” van Henk Kolkman: p. 30 Kaderstuk over Transmissie (met dank aan de heren Gerard de Graaf, Jan Roos, Peter Verschelden, Co Wesseling en Wytze Wijbenga)

HYDRODYNAMISCHE TRANSMISSIE

Een voorbeeld van hydrodynamische transmissie is een Voith bak. Die bestaat voornamelijk uit: - één of meer koppelomvormers (Duits: Wandler; Engels: torque converter) - één of meer hydraulische koppelingen

Koppelomvormer

In de schets van de koppelomvormer [1] is het rechthoekje bij T een turbineblad. Het staat onder een hoek met het vlak van tekening en is gemonteerd op het blauwe turbinewiel, dat met de uitgaande as is verbonden. In werkelijkheid ziet een en ander eruit als T op de foto [1]. Zo ook is P in de schets een blad dat gemonteerd is op het rode “pompwiel”. Dit is verbonden met de ingaande as. Beide wielen bevinden zich een huis (zwart) dat is gevuld met olie. Als het pompwiel snel draait, wordt de olie naar buiten geslingerd, tegen de schoepen van het turbine wiel.

De olie wordt via de aan het huis bevestigde (dus niet meedraaiende) statorschoepen L weer terug geleid. De streeplijn geeft de oliestroom aan. Die ligt niet in het vlak van tekening; in werkelijkheid volgt de oliestroom een spiraal. Als de motor en dus de ingaande as met pompwiel gaat draaien, zal de -met de wielassen van de loc- verbonden uitgaande as aanvankelijk langzaam draaien. Daardoor raakt de olie de turbineschoepen ongeveer loodrecht, waardoor een groot koppel (groter dan het ingaande koppel) wordt opgewekt. Er is dus inderdaad sprake van een koppelomvormer. Vanwege het grote koppel gaat de loc sneller rijden. Daardoor raakt de olie de turbineschoepen onder een kleinere hoek en wordt het koppel kleiner. Als beide wielen even snel draaien, is de hoek bijna 0.

Hydraulische koppeling

De hydraulische koppeling lijkt wel op de koppelomvormer, maar heeft geen stilstaand huis met statorschoepen. In plaats daarvan heeft het pompwiel (het linker rode deel in de schets [1] en links op de foto [1]) een deksel (het rechter rode deel in de schets en rechter op de foto). Binnen het aldus gevormde meedraaiende huis draait het turbinewiel. De geometrie van de schoepen is anders (dan bij de koppelomvormer). Het uitgaande koppel is ten hoogste gelijk aan het ingaande koppel.

Voorbeeld van een Voith bak

Uit In

Als voorbeeld nu de Voith L37 met (van rechts naar links) één koppelomvormer en twee hydraulische koppelingen. De pompwielen van deze componenten zijn vast verbonden met de primaire as (rood) die via een tandwielenpaar door de motor wordt aangedreven. Alle blauwe delen (turbinewielen en huizen) rond de rode as draaien vrij om die as. Daarbij is het turbinewiel van de koppelomvormer vast verbonden met het turbinewiel van de naburige koppeling die via een tandwielenpaar (ongeveer in het midden van de tekening) de uitgaande as aandrijft. De andere (linkse) koppeling is via een ander tandwielenpaar met de uitgaande as verbonden. In de geschetste toestand is alles in rust en zijn de koppelomvormer en koppelingen niet met olie (geel) gevuld.

Bij het optrekken van de loc wordt de koppelomvormer met olie gevuld. Via het huis en het turbinewiel van de naburige koppeling (waar geen olie in zit) en het daaraan verbonden tandwielenpaar wordt de uitgaande as aangedreven. De transmissie is dus hydraulisch. Het vullen en legen van de koppelomvormer en koppelingen wordt geregeld via een oliepomp (linksonder), kleppen en een regulateur (linksboven).

Bij het bereiken van een bepaalde snelheid wordt de koppelomvormer geleegd en wordt een koppeling met olie gevuld. De aandrijving geschiedt nog steeds via het tandwielenpaar in het midden.

Bij een nog hogere snelheid wordt de ene koppeling gevuld en de andere met olie gevuld. De aandrijving gaat nu dus via het tandwielenpaar aan de linkerkant. De Voith L37 bak werkt bij hogere snelheden dus als een automatische versnellingsbak. Er zijn vele combinaties. Zo heeft de Voith L37B bij dezelfde uitwendige vorm drie koppelomvormers (voor verschillende snelheidsbereiken) en geen enkele koppeling. Bij die bak is de overbrenging dus altijd hydraulisch. Met deze bak kan niet van richting veranderd worden. Dat gebeurt mechanisch (via een aparte omkeerbak) bij stilstand van de loc. Met moderne Voith bakken kan wel van richting veranderd worden. De Voith L37 was onder andere ingebouwd bij de Deutz drieassers van Staatsmijnen.

HYDROSTATISCHE TRANSMISSIE p. 30 De hierboven behandelde Voith transmissie is hydrodynamisch. De overbrenging gebeurt door de beweging van de olie. Daartoe zitten pompwiel en turbinewiel in één huis. Bij de hydrostatische aandrijving gaat het om de hoge druk. In sommige gevallen worden de pomp en de hydromotor in één huis verenigd (men spreekt dan van hydrostaat), maar gebruikelijker is dat de pomp en de hydromotor(en) ruimtelijk gescheiden en door olieleidingen verbonden zijn.

Als voorbeeld een aantal foto’s van Wytze Wijbenga, die de ombouw van Cockerill bluslocs van Corus IJmuiden van hydrodynamische op hydrostatische aandrijving illustreren. De pas verbouwde 4-71 met een bluswagen op 06-06-2008→ Hieronder een hydromotor op het uiteinde van de as. De olieleidingen zijn goed te zien. Aan de ene zijde van de loc zitten op elk asuiteinde een hydromotor; aan de andere zijde een schijfrem, zoals op de foto rechtsonder is geïllustreerd. Ander voorbeelden zijn de hydroloco van Spoorijzer en de Translok.

↑ De hydromotor, nog in de werkplaats, op 04-06-2008.

↑ De feestelijke ingebruikname. “Tom” van Corus Stoom IJmuiden komt toevallig op proefrit langs.

HYBRIDE Een hybride locomotief maakt gebruik van twee verschillende vormen van aandrijving. Een voorbeeld is een elektrische lijnlocomotief met een “last mile” voorziening. Zo’n elektrische locomotief is voorzien van een kleine dieselmotor en een generator, zodat bij een klant met een spooraansluiting zonder bovenleiding wagens geplaatst kunnen worden. Daarmee wordt een (diesel)rangeerlocomotief uitgespaard. In het volgende gaat het om een andere soort van hybride locomotieven, namelijk locomotieven waarbij elektromotoren (die de wielassen aandrijven) gevoed worden door een dieselaggregaat (dieselmotor + generator) of door batterijen. Voordelen daarvan kunnen zijn:

a)

In bedrijfshallen blijft de dieselmotor uitgeschakeld, zodat er geen schadelijke uitlaatgassen in de hallen blijven hangen.

b)

Gedurende de korte periodes dat het maximale vermogen gevergd wordt (vooral bij het aanzetten), leveren zowel het dieselaggregaat als de batterijen stroom. De dieselmotor is daarom kleiner dan die van een vergelijkbare gewone diesellocomotief. Daardoor is het brandstofverbruik (en daarmee de uitstoot van schadelijke stoffen) en de geluidsproductie lager.

c)

De regeling is zodanig dat de dieselmotor alleen onder optimale omstandigheden draait (namelijk bij een constant toerental en voldoend lange tijd om warm te worden). Daardoor is de levensduur van de dieselmotor langer en het brandstofgebruik lager.

Dit soort hybride tractievoertuigen wordt al jaren geproduceerd, bijvoorbeeld door het Nederlandse Niteq. Het gaat om relatief kleine tweeassers:

Zo heeft het Niteq type 4000 H (actief bij bijvoorbeeld Nedtrain in Haarlem en als Bokito van Shunter) een trekkracht van circa 40 kN. Alstom in Stendal heeft zwaardere hybride locs ontwikkeld: de in 2015 in productie genomen drieasser H3 heeft een trekkracht van 240 kN. Bokito van de Shunter vestiging (ex Nedtrain) aan de Blindeweg in Rotterdam, 05-09-2015 →

Alstom V100 Alstom in Stendal (D) kocht een grote voorraad overtollige Oostduitse V100-en op en moderniseerde een deel ervan door onder andere het inbouwen van een nieuwe en zuiniger dieselmotor (zie hier). In 2004 begon Alstom de ontwikkeling van een ombouw van de V100 tot hybride locomotief. Tot in 2013 zijn 11 V100-en zo omgebouwd [2]. In plaats van de 6,3 ton zware dieselmotor met een vermogen van 900 kW kwam een 1,4 ton lichte Deutz dieselmotor met een vermogen van 236 kW en 5,8 ton aan nikkelcadmium (NiCd) batterijen [3]. Zie ook opmerking a). De prijs per stuk lag boven één miljoen euro [2]. De levensduur van de batterijen zou minstens 8 jaar [2] dan wel tussen de 6 en 7 jaar zijn [3].

In 2009 beproefde Rotterdam Rail Feeding een door Alstom tot hybride loc omgebouwde ex Oostduitse V100 [4]. Dat was de 203 701-8, op de foto rechts. De loc is door LEW in 1972 onder fabrieksnummer 13529 gebouwd. Een hybride V100 van Alstom in dienst bij TTR (zie het logo op de cabine) op de Bertschi Terminal, april of mei 2009. Foto Alstom [6] In 2016 meldt RRF nog steeds op haar website: “Recent heeft RRF actief meegewerkt aan het testen van een hybride locomotief in nauwe samenwerking met het Rotterdamse Havenbedrijf en ALSTOM.” Hoewel dat testen twee maanden duurde, zijn slechts gegevens van een kleine 6 bedrijfsuren bekend [4]. Zie opmerking b). Er is nog een tot hybride loc verbouwde V100 op proef in Nederland geweest. Deze loc is door LEW in 1968 onder fabrieksnummer 11884 gebouwd. De proefritten bij Tata Steel in februari/maart 2015 smaakten kennelijk naar meer, want in mei/juni 2016 kwam er een hybride Alstom H3 op proef.

Alstom (PRIMA) H3 In 2012 presenteerde Alstom op de beurs Innotrans het H3 “platform”. De drieasser kan geleverd worden als hybride loc, maar ook als pure acculoc en als pure dieselelektrische loc en dat laatste nog in twee varianten: met twee dieselmotoren van 350 kW of met één dieselmotor van 1000 kW. Anno 2016 is nog alleen de hybride uitvoering geleverd. De leverlijst vermeldt medio 2016 al 21exemplaren. De twee hybride loctypes van Alstom: rechts een verbouwde V100 en links een nieuw door Alstom gebouwde loc van het hieronder te bespreken nieuwe type H3. De foto is knip- en plakwerk: de 203 701-8 is alleen in 2009 in Rotterdam geweest; de eerste H3 is pas in 2012 aan den volke vertoond. De H3 is zodanig in de hierboven staande foto geplakt dat het (R)RF logo van de V100 erachter verdwijnt. Foto op de Alstom website, anno 2016 → Elke as wordt aangedreven door een in lengterichting geplaatste draaistroommotor:

← Onderzijde van de H3 [7] De middelste as is zijdelings verschuifbaar en de buitenste assen stellen zich in de bogen in. Het zijn éénassige draaistellen. Deze geometrie maakt het mogelijk dat de assen ver uit elkaar staan (zodat een maximumsnelheid van 100 km/u mogelijk is) terwijl toch bogen met een radius van 60 m doorlopen kunnen worden.

De hybride locomotief van het type Prima H3 van Alstom in Stendal (D) → Tata Steel in Velsen-Noord lijkt anno 2016 aan nieuwe locs toe: de O&K fluisterlocs zijn in 1976 gebouwd en de jongste GE’s dateren uit 1970/1971. Ook moet wat gedaan worden aan de uitstoot van verbrandingsgassen in bedrijfshallen waar locs komen (de OXY staalfabriek, koudbandwalserijen, DVL3 (verflijn 3), etc. In mei/juni 2016 maakte de 1002 009 van DB Regio proefritten bij Tata Steel. Personeelsblad OverStaal van Tata Steel in Velsen-Noord d.d. 16-06-2016 → OverStaal vermeldt dat deze loc 20 minuten op de batterijen kan rijden. De loc werd in een goederentrein aangevoerd. De hybride H3 van Alstom is een interessant type industrielocomotief, maar gezien de investering alleen voor bedrijven waar de locs veel worden ingezet. Tata Steel is zo’n bedrijf. Bij Tata Steel zou de H3 het niet moeten hebben van de maximum snelheid van 100 km/u (de maximum snelheid bij Tata Steel is 25 km/u) maar wel bijvoorbeeld van de afwezigheid van rookgassen bij accubedrijf in hallen. De H3 bleek tijdens de proefritten echter te licht (Railmagazine 338). Voor een hybride loc is het niet voldoende dat het dieselaggregaat plus de batterijen het maximale benodigde vermogen kunnen leveren. Dat moet voldoende lang kunnen worden volgehouden en bovendien moeten de batterijen weer tijdig bijgeladen zijn voor de volgende periode met maximaal vermogen.

Opmerkingen:

a)

In [2] en [5] wordt gesteld dat de hybride V100 onder de cabine twee draaistroommotoren heeft, die elk één van de al aanwezige cardanassen naar de draaistellen aandrijven. Daarentegen staat in [6] een schema met één draaistroommotor per as, dus 4 in totaal.

b)

De reductie in brandstofgebruik ten opzichte van een normale V100 van de TTR bedroeg 56%. In [3] worden uitgebreide gegevens verstrekt van proeven bij de MEG (Mitteldeutsche Eisenbahn GmbH) met meerdere verbouwde V100-en en grote aantallen uren. De reductie in brandstofgebruik bedroeg daar 49%. Uiteraard hangt de reductie in brandstofgebruik af van het gebruik dat van de loc gemaakt wordt (veel of weinig stilstand, etc.). Proefritten bij mogelijke klanten zijn daarom heel nuttig. Duidelijk is in elk geval dat met een hybride loc een grote besparing op brandstof mogelijk is. Daar tegenover staan de kosten van de vervanging van de batterijen om de 6 tot 7 jaar [3]

c)

Ook in de Verenigde Staten, Frankrijk, Japan en Rusland rijden hybride locomotieven [5].

d)

Sinds midden 2016 heeft Alstom het over type PRIMA H3; daarvoor over type H3.

Met dank aan:

Wytze Wijbenga.

Bronnen:

[1]

Voith brocures. Locomotieffabrieken namen in de folders die ze naar klanten stuurden zulke brochures over de door hen toegepaste Voith bakken op.

[2]

Webpagina Hybridlok op de website Die V100 de Deutschen Reichsbahn

[3]

Jolt Oostra, Ketenanalyse hybride rangeerlocomotief: toepassing bij rangeeractiviteiten, Alstom Transport BV, versie 3.0, 13-11-2015.

[4]

Henk de Jager, Groene rangeertechniek: Alstom presenteert haar eerste hybride locomotief, Railmagazine 264, mei 2009.

[5]

Dr.-Ing Martin Kache, Hybridlokprojeckte: Ein globaler Überblick, ETR 63 (2014), Nr. 10, S. 32–36.

[6]

Dieselhydraulische Lokomotive wird dieselelektrische Hybridlokomotive, Elektrische Bahnen 1/2013.

[7]

Klaus Hiller: ALSTOM´s neuen Technologien im Rangierbetrieb, Fachsymposium der DMG-Bezirksgruppe Ost: „Lokomotiven und Grüne Technologien”, 23-08-2011.

{

Aanvullingen Correcties

Terug/verder naar:

Nieuw Home Inhoud