Door de bocht

Er zijn drie redenen om mensen aan te sporen uitvinder te worden. Het uitvinden is een gave die men met de geboorte mee krijgt en zo'n gave behoort gebruikt te worden, uitvinden is leuk en uitvinden vergemakkelijkt het leven omdat men uitvindingen altijd ten eigen bate kan aanwenden.

Dat schreven, alweer enige tijd geleden, de Britse hoogleraren M.W. Thring en E.R. Laithwaite in het boekje How to invent (Chemical Publishing, 1979). T. en L. doen daarin een poging genteresseerden de juiste instelling bij te brengen. Van belang is dat men het physical thinking onder de knie krijgt. Een goede uitvinder vraagt zich af waarom de tastbare wereld is zoals die is en of het niet beter kan. Waarom zijn vogeleieren eivorming en niet bolvormig. Waarom zit het derde wiel van driewielertjes meestal aan de voorkant, waarom heeft een hooivork twee tanden en een mestvork vier, waarom zitten de scharnieren van een deur zo ongelijkmatig verdeeld en waarom hebben bierglazen halverwege een plotselinge verbreding.

Ook voor wie per se géén uitvinder worden wil is dit een tijdverdrijf dat al gauw veel tijd verdrijft. Zo is deze week nogal wat opzij gezet voor beantwoording van de vraag waarom treinwielen zijn zoals men ze meestal aantreft: met de flens (de opstaande, verhoogde rand van het wiel) gekeerd naar het midden van de spoorbaan. Zou dat ooit een volstrekt willekeurige beslissing zijn geweest of zou er inzicht en ervaring aan ten grondslag liggen?

Het kan geen kwaad eerst eens vanaf perron of overweg te bekijken welke vorm de stalen treinwielen precies hebben en hoe zij aansluiten op de spoorstaaf - met enige inspanning is het ook uit het bovenstaande plaatje af te leiden. De primaire taak van de flenzen is geleiding, dat spreekt vanzelf. Dankzij de flenzen blijven trein en tram in de rails. De vraag is of flenzen aan de buitenkant van het wiel dat niet net zo goed zouden doen als "binnen-flenzen', aangenomen dat men bereid zou zijn het stelsel van wissels aan te passen.

Treinliefhebbers wisten te melden dat de plaatsing van de flenzen in verband stond met het ontbreken van een differentieel bij locomotieven en treinstellen. Het differentieel in de aangedreven as van een auto staat toe dat autowielen in een bocht een verschillende omwentelingssnelheid krijgen. De wielen in de buitenbocht, die een grotere afstand hebben af te leggen, moeten harder draaien dan die aan de andere kant van de auto. Bij treinen had men van differentieels afgezien en om nu toch zonder al teveel geknars door de bocht te komen werd een goed gebruik gemaakt van de flenzen die er toch al waren voor de geleiding. In bochten zou het juiste deel van de wielen op de rand van de flens worden gezet door de middelpuntvliedende kracht.

Het was een exposé dat plotseling alle overtuigingskracht verloor toen de vraag werd opgeworpen of de op dezelfde as gemonteerde wielen van een trein niet gewoon onafhankelijk van elkaar zouden draaien. 't Zou toch zeker niet zo zijn dat de hele as (van wiel tot wiel) meedraaide zoals in een wagentje dat van Meccano-onderdelen was gemaakt? Dus de NS gebeld.

Het zit net anders dan het leek. In de eerste plaats is het zo, zegt ir. W.A. Verver van het Centrum voor technisch onderzoek, dat de treinwielen zelf enigszins conisch zijn en aan de kant van het midden van de spoorbaan (dus aan de kant van de flens) hun grootste diameter bezitten. Daarmee wordt een trein of locomotief min of meer zelfcentrerend: lopen de voertuigen iets naar rechts dan gaan de rechter wielen over een grotere rolstraal open dan de linkerwielen en wordt het voertuig min of meer "vanzelf' teruggestuurd naar links.

Dit zelfcentrerende systeem, dat ook in werking treedt als trein of locomotief in een bocht door de middelpuntvliedende kracht uit de bocht dreigen te "vliegen', werkt natuurlijk alleen als de wielen star op de as zijn gemonteerd en dezelfde omwentelingssnelheid bezitten. Dat blijkt ook inderdaad het geval: de assen, die aan hun uiteinden in een zogeheten aspot gelagerd zijn, draaien onder het rijden mee, zoals in het genoemde Meccano-wagentje. Juist daarom ligt de vloer van de trein zo ongemakkelijk hoog.

De plaatsing van de flenzen staat vooral in verband met hun geleidende taak in de bochten (die NS-ers liever bogen noemen). Een trein die een scherpe bocht naar rechts maakt heeft, kantelt net als een auto of autobus iets naar links. (anders dan een fiets of motorfiets) en zal dus de linkerwielen het zwaarst belasten. Wordt de bocht heel onbesuisd genomen (wat overigens meer iets is voor trams dan voor treinen) dan zouden de rechterwielen zelfs los van de spoorstaven kunnen komen. Van zulke wielen valt niet veel geleiding te verwachten en daarom is het zo prettig dat bij het gekozen flenzen-systeem (binnenflenzen) de wielen aan de overkant die taak hebben.

Of zoals dat in het collegedictaat "Railvoertuigtechniek' van prof.ir. N.H.C.E. Zeevenhooven heet: ""Onveilig zijn alle varianten waarbij de richtkracht voor de bogenloop wordt uitgeoefend door de flens aan dat wiel dat t.g.v. de te compenseren middelpuntvliedende kracht wordt ontlast.'' Dat dictaat weet overigens ook te melden dat wissel-constructies voorbuitenflenzen veel gecompliceerder zouden zijn dan die voor binnenflenzen.