Bovenleiding

Altijd al gecharmeerd geweest van banen met bovenleiding maar zelden een gezien die aan mijn wensen voldeed namelijk, mooie dunne, strak gespannen draden, pantografen tegen de draad en bij voorkeur spanningvoerend. Elektrische treinen (met pantografen) laten rijden op een baan zonder bovenleiding vind ik echt niks. En als er wel bovenleiding is toch nog rijden met pantograaf naar beneden of de draad zo hoog dat de pantograaf die draad niet raakt vind ik ook geen gezicht. En vaak zijn ook de draden lelijk dik. Ik heb wel met vooruitziende blik in de meeste tunnels al een bovenleidingsdraad aangebracht. Die mag dik zijn en gebogen in de vorm van de rail eronder.

Na lang wikken en wegen, de baan was er inmiddels al 39 jaar, heb ik gekozen voor het volgende:

• Bovenleiding naar Nederlands model
• Zelfbouw masten en portalen. De bestaande baan is overal dermate non-standaard dat een commercieel bovenleiding systeem nergens zou passen.
• De draden met zgn. ketting ophanging van Sommerfeldt-Profi: Rijdraad 0,5 mm diameter en ophang draden 0,4 mm. (#182 e.a.)
• Losse masten van Sommerfeldt (nr.500) alle overige delen van los verkrijgbare messing profielen.
• Isolatoren e.d. ook van Sommerfeldt.
• Afspan inrichtingen zelfbouw hoewel Sommerfeldt die ook levert naar Nederlands model (nr.509)
• Enkelvoudige rijdraden van Sommerfeldt zijn ook super handig voor van alles en nog wat. Ik heb ze van 04, 0,5 0,7 en 1 mm dia.

Planning

Op "luchtfoto's" heb ik eerst de mogelijke ophanging en plaatsing van steunpunten ingetekend. Foto openen in PowerPoint, dan de bedrading en mastposities daarop intekenen en dan het geheel opslaan als JPG. Van dat plaatje uit ben ik gaan bouwen. Op de rechtere stukken van de baan heb ik gebouwd zonder tekening. Egineering in the field noemen ze dat geloof ik.

Aerial View van Drumelzier in 2007. Rechts de oost ingang. Over de brug het lokaalspoor van Drumelzier-Noord naar Bergweg dat niet geëlektrificeerd werd.

Het plaatje verbleken (PhotoShop), importeren in PowerPoint, het plan voor de bovenleiding intekenen en dan exporteren als jpg afbeelding en voilà, hier het resultaat.

Hetzelfde heb ik gedaan voor Bankkade en de west uitgang van dit station

Maatvoering

Voor de bouw van een functionele bovenleiding is exacte maatvoering essentieel. De pantograaf die tegen de bovenleiding drukt mag nergens naast die draad kunnen raken. Gevolgen zijn desastreus variërend van erin blijven hangen (voor een licht gewicht trein) tot vernietiging van de pantograaf (totaal ontwricht en verbogen). De bovenleiding zelf, mits goed strak gespannen,  overleeft dit meestal wel in tegenstelling tot bij het grootbedrijf.

In de Morop normen NEM 201 en NEM 202 worden twee typen maatvoering voor bovenleiding genoemd, breed en smal. Breed betekent dat (in het grootbedrijf) de draad tussen 300 en 400 mm zijdelings heen en weer beweegt over de pantograaf (links en rechts t.o.v. het midden) en bij smal is dat 200-300 mm. Het brede systeem wordt gebruikt in Duitsland (en Nederland) en in h0 model termen vertaald betekent het brede systeem een totale zijdelingse draadbeweging van maximaal 13 mm. Ook draadhoogte boven rail niveau is genormeerd, minimaal 60mm, maximaal 73mm, daartussen  kan een pantograaf  dus op en neer veren zonder contact te verliezen. Als de bovenleiding binnen deze grenzen gebouwd wordt is een veilig model bedrijf met functionele bovenleiding goed realiseerbaar met alle modeltreinen met breed model pantograaf. Het vlakke deel van de contactstrook boven op de pantograaf is dan minimaal 18 mm breed. Nog twee aandachtspunten om tot een soepel lopend bedrijf te komen. De gelaste Sommerfeldt ketting ophanging wil nog wel eens een scherp uitsteeksel naar onderen hebben. Afslijpen met de Dremel is aan te raden. Sommige pantografen vertonnen een heel scherpe voor(achter)kant van de stroomschoen en dan haakt ie soms toch nog aan zo’n las van de kettingophanging. Beetje afronden van die scherpe kant doet wonderen. Alle woorden hierboven nog eens samengevat in onderstaande tekening.

Als gezegd is zo’n bovenleiding systeem bij mij in bedrijf sinds 2009 en functioneert het zonder problemen. Nooit missers gehad? Jawel maar dan was er altijd iets anders aan de hand, ontsporing, botsing of draadbreuk wegens slordige montage op een moeilijk bereikbare plek.

Portalen

Bovenleiding portalen bestaan uit twee masten met daartussen een horizontale ligger waar de kettingdraad van de bovenleiding bovenover wordt vastgemaakt. In het grootbedrijf komen die bovenliggers voor in allerlei verschillende uitvoeringen. Meest voorkomend zijn:

• Een enkele H-balk boven dubbelspoor met standaard afstand tussen de sporen. In het midden een Y-vormig balkje om de rijdraad richters aan te bevestigen, een vanaf de Y de ander vanaf de mast, afwisselend rechts en links van portaal tot portaal om de rijdraad een zig-zag vorm te geven.
• Boven twee of meer sporen met meer dan standaard afstand bestaat de bovenligger uit twee U-balken, onderling verbonden met vlakke plaatjes en versterkt met een raatwerk onder de balken en met verticale balkjes voor de rijdraad richters.

Het zijn deze twee vormen die ik op mijn baan overwegend heb gebruikt. Daarnaast nog enkel spoor masten en een paar half-portalen. Dat is één mast met een bovenligger over twee sporen omdat aan de andere kant geen plaats is voor een mast. En ook nog een versie met één mast tussen de sporen. Allemaal zelfbouw en aangepast aan de vele verschillende maten die nodig zijn op een bestaande baan.

Portaal constructie

Op Internet is al het nodige gepubliceerd over het zelf bouwen van model-NS bovenleiding (bijv. dit) en bij dezen dan mijn versie. Anders dan bij sommigen heb ik afgezien van het zelf maken van de rijdraden. Petje af voor wie de moeite neemt de dubbele NS rijdraad na te bouwen maar echt op schaal (dikte) lukt dat niet. Met de aan mezelf gestelde eis om een mooi strakke maar vooral dunne bovenleiding te bouwen heb ik toch maar gekozen voor het Sommerfeldt systeem.

Ook aan masten en portalen is er de nodige keus maar op mijn bestaande baan passen kant-en-klare portalen vrijwel nergens dus moest uitgegaan worden van een zelf te bouwen constructie. Kunststof masten komen niet in aanmerking omdat deze onvoldoende sterk en stabiel zijn om de rijdraad goed gespannen aan te kunnen brengen. Zelf de staanders maken met metalen H-profiel kan maar de bevestiging en voetconstructie kosten veel werk. Ik ben wel begonnen met eigen mast constructies maar al snel overgestapt op Iets kant-en-klaars.

Nadat op de baan alle mastposities zijn aangetekend (en geboord) zijn ook alle portaalbreedtes bekend en kan begonnen worden met bouwen.

De portalen voor standaard breedte dubbelspoor bestaan uit twee Sommerfeldt masten van 3x3 mm H-profiel en een horizontale drager (boven balk) van 2,5x2,5 mm messing H-profiel. Uit een blok nylon is eerst een mal gefreesd om mast en drager mooi haaks op elkaar vast te houden. Uit  rood-koper plaat (0,3 mm dikte) werden steuntjes geknipt en gevouwen om mast en drager aan elkaar vast te solderen m.b.v. een hobby gas brandertje. Met onderstaande foto is hopelijk voldoende duidelijk hoe dat ging.

Op de dragers werden de isolatoren geplaatst waarover de kettingdraad van de bovenleiding wordt geleid (Sommerfeldt nr.504). Midden onder de drager balk werd het Y-vormige stuk gesoldeerd (zelf maken uit strip of profiel) voor bevestiging van een van de rijdraadrichters. De andere werd aan de mast bevestigd. Alles voorzien van (niet-functionele) isolatoren.

Bredere portalen bestaan uit twee masten en een drager bestaande uit twee U balken van 2,5x2 mm. Bevestiging aan de mast met twee korte stukjes L-profiel van 2x2mm. Ook weer met de mal als op onderstaande foto. Met de mal ondersteboven in de bankschroef bleven de L-profielen mooi op hun plaats tijdens solderen.

Per overspannen spoor werden tussen de U-balken korte stukken H-profiel verticaal naar beneden gesoldeerd. In deze H-balkjes werden met een 2 mm vinger-frees gleufjes gefreesd ter imitatie van de losse onderdelen constructie in het grootbedrijf en om er de trekstangen doorheen te leiden die dienen als versterking tegen doorbuigen. Deze werden gemaakt van 1x1 mm vierkant hol-profiel, voor-gebogen in de juiste vorm en dan van de ene mast door de gleuven in de H-balkjes naar de andere mast vast gesoldeerd. Rijdraad richters worden onderaan deze H-balkjes of aan de mast zelf gesoldeerd. Onderstaande ontwerptekeningen maken e.e.a. hopelijk voldoende duidelijk.

Al snel stond er een hele serie portalen klaar om geverfd te worden, een mengeling van eigen-bouw masten en Sommerfeldt masten (met voet).

Afspanning

In het grootbedrijf worden de rijdraden op (mechanische) spanning gehouden door afspan inrichtingen. De rijdraad wordt omgewikkeld op de (dikke) as van een wiel. Aan de buitenkant van dat wiel (ongeveer vijf keer de diameter van die as) hangt een gewicht van naar eigen schatting 400 kg aan een kabel. De trekkracht van dat hangende gewicht wordt dus met een factoor 5 versterkt overgebracht op de rijdraad, 2000 kgf (2 ton) dus.

Dan nog zou de rijdraad tussen de portalen flink doorzakken en daarom wordt de draad recht getild met ophangdraden aan een draagkabel.

Thermische uitzetting en krimp van de rijdraad wordt op deze manier opgevangen. Als het warm wordt zet de draad uit (wordt langer) en wordt dan a.h.w. opgerold op de afspan inrichting. Daarbij zakt het gewicht en blijft de rijdraad mooi op spanning.

Op de modelbaan gelden al deze condities niet en is een afspanning met gewichten niet nodig en  zelfs onmogelijk. Alternatief met een trekveer zou kunnen maar is ook niet nodig. Toch monteren we imitatie afspaninrichtingen om twee redenen.

1. Om het grootbedrijf qua zicht na te bootsen
2. Om de model rijdraden een vast beginpunt te geven om ze goed strak getrokken te kunnen monteren.

Zelf bouwen van een afspan inrichting leek me wel een leuke uitdaging al heeft Sommerfeldt een redelijk Nederlands uitziende versie (n.509).

Als volgt is het redelijk gelukt om deze dingen te bouwen. Eerst een houten mal gemaakt (op draaibank en zaagfrees, diameter 10 mm). Zacht koperdraad (0,7 mm) in een gleuf leggen, twee keer ronddraaien en een resterend stuk laten uitsteken. Twee spaken in de andere twee gleuven steken tussen de twee windingen door (foto linksboven). Dan alle spaken vast solderen en de uitstekende stukken afknippen (foto rechtsboven). Het geheel uit de mal nemen (foto onder).

Uit 0,7 mm Sommerfeldt staaldraad een vorm buigen als op onderstaande foto (linksboven). Eén uiteinde door de spaken steken en zodanig draaien dat de positie ontstaat als op de foto onder. Dan met de twee koperen stripjes aan de portaalmast solderen, het soldeer tussen de spaken vormt dan quasi de as van het wiel. Isolatoren plaatsen en dan kan later de rijdraad goed gespannen bevestigd worden.

Aan de mast een verticale draad solderen als geleiding van het gewicht. Gewicht maken van een 3 cm lang stukje 3x3 mm messing vol-profiel en onder aan het uitstekende stuk van het wiel solderen. Iedere mast met afspanning krijgt ook nog twee tuidraden, ook weer 0,7mm draad, bovenaan gesoldeerd, op de grond vanuit een imitatie betonnen blok (hout, grijs geverfd).

Rijdraad ophanging

In het grootbedrijf begint en eindigt een stuk rijdraad op een afspan inrichting. De lengte van zo'n stuk is maximaal zo'n 1,5 km.  Als de draad door temperatuurstijging langer wordt zakken links en rechts de gewichten en om te zorgen dat het niet maar aan één kant gebeurt is de rijdraad in het midden in horizontale richting gefixeerd aan de draagkabel. De rijdraad kan onder de portalen in horizontale richting bewegen daarbij de rijdraad richters meenemend. De draagkabel zit gefixeerd op ieder portaal.

Op de modelbaan is dit allemaal niet nodig maar we gebruiken wel afspan inrichtingen om rijdraden strak gespannen te krijgen en de rijdraad richters zullen zich daarbij aanpassen aan de kleine afwijkingen die onvermijdelijk zullen ontstaan bij de montage.

We gaan uit van Sommerfeldt rijdraden  geknipt op lengtes die ruim passen binnen twee opeenvolgende portalen. Aan één zijde een klein oogje buigen en de draad inhaken op de afspanning waar begonnen wordt. Dan aan de andere zijde een oogje buigen dat precies om de rijdraadrichter past, het teveel aan lengte afknippen. Op dezelfde manier de volgende draad aanbrengen. Dan de draden aan de eerste rijdraadrichter op de juiste plek schuiven en vast solderen. Gebruik een lok met pantograaf om de juiste plek te bepalen. Dit procedé herhalen tot aan de laatste afspanning en hier de draad goed strak aantrekken en het oogje zo buigen dat alles goed gespannen blijft zitten. Daarna pas de draagkabel over de portalen afwerken. In tegenstelling tot in het grootbedrijf die draagkabel niet strak trekken want dan komt de rijdraad bol naar boven re staan.

Als er onder een portaal nog een tweede doorgaande draad loopt dan altijd een tweede rijdraadrichter aanbrengen. Ook nooit een splitsende draad op een bezette rijdraadrichter beginnen. Doe je dat wel dan zal bij strak trekken altijd ergens één van de andere draden slap gaan hangen. Met onderstaande schets wordt hopelijk duidelijk wat bedoeld wordt.

Anders dan in de schets hierboven kan het ook als op de foto hieronder.
Links de afspanning waar de draad naar het linksaf gaande spoor begint.