Naschrift door ir. H. Hondius:

De techniek van de PCC draaistellen

Dit hoofdstuk door ir. H. Hondius laat de samenhang zien tussen draaisteltechniek in het algemeen en de diverse typen PCC-draaistellen. 

Wat was de stand van de techniek in het begin van de dertiger jaren toen de heren van de Transit Research Company hun draaistellen ontwierpen? Draaistellen hadden veelal een combinatie van blad en schroefveren, met een tendens in richting 100 % bladveer. De krachten werden van de aspot op het draaistelframe overgedragen via schenen en van het frame op de wieg via glijplaten. Een koningspen met draaikom zorgde meestal voor de verbinding met de wagenbak. Glijplaten op het einde van de wieg steunden de bak bij hellen. De rijtuigen reden relatief stug en de vele glijplaten maakten dat de rijkwaliteiten sterk van het smeren en de slijtage toestand afhankelijk waren. Op “zachte” aarden banen met houten dwarsliggers kon dat goed rijden. Op “harde” banen in geasfalteerde of gebetonneerde straten konden zulke draaistellen veel lawaai veroorzaken.

Brill en EMB brachten omstreeks die tijd draaistellen uit waarbij de asvoering niet meer geschiedde door schenen maar door een zwenkarm, die de aspot met het draaistelframe verbond. Brussel 5000, Luik-Seraing en de Green Goddesses van Liverpool en de Coronation cars van Glasgow waren zo uitgerust. Tegelijkertijd werden glijdlagers, een bron van speling en gerammel, vervangen door rollagers. Ook de wieg werd hier en daar door zwenkarmen met het draaistelframe verbonden. Zo elimineerde men slijtage en verbeterden de rijkwaliteiten vooral in de tijd.

Deze moderne technieken zouden pas vanaf 1939 consequent in Zwitserland worden doorgezet, eerst bij het Schlieren draaistel van de VBZ (wagen 351) en vanaf 1941 in het Simplex draaistel van BBC (wagen 401). De NS bleef tot en met het materieel plan-T (1976) bij schenen voor de aspotten, terwijl de wieg allang modern geleid was.

De meeste trams hadden wielaslager-motoren. Dat wil zeggen dat de motoren onder tussenvoeging van meestal schroefveren aan de ene zijde op het draaistelframe en aan de andere zijde met twee meestal glijdlagers - later (na 1935) rollagers - direct op de wielas rustten (tramophanging oftewel Tatzlageraufhängung, nose-suspended motor, moteur suspendu par le nez). Deze motoren in de 25 tot 75 kW range draaiden tot 2000 t/min. bij topsnelheid. De tandwielkasten waren zelden oliedicht en het onafgeveerde gewicht was aanzienlijk. Bij Nederlandse tramrijtuigen zijn nooit asrollagers toegepast, wel ankerrollagers. De enige maatschappij die op grote schaal van dit principe afweek was vanaf 1925 de STP in Parijs, die 475 cardanrijtuigen in dienst had, waarbij de motoren aan de wagenbak waren opgehangen en via cardanassen de assen aandreven. De NZHTM kocht in 1927 acht exemplaren van dit rijtuigtype (A351-58), zie Op de Rails 5/89.

De stand van de schakeltechniek was vanaf 1925 nokkenschakelaars die op de balkons stonden, tot 1935 met vaak 11 rij- en 7 remstanden. De veelstellige nokkenkasten verschenen vanaf 1935. Toen werden 22 rij- en 15 remstanden geboden. Voor grotere vermogens met vier motoren werden in Engeland en Zwitserland veelstellige electro-pneumatische Schützen-schakelingen gebruikt en ook de trappenloze BBC-Feinstufer werd in een aantal supermoderne rijtuigen toegepast. Bedrijven met de luchtdrukrem als bedrijfsrem blijven vaak nog bij sleepringkasten, soms met een Schütz voor het in en uitschakelen van de stroom.

De PCC-car

Het bijzondere van de PCC-car lag in de volgende uitgangspunten:

1. De wens bestond modulair te bouwen in verschillende lengte- en breedtematen;
2. Men vergaf licenties aan verschillende bouwers, zodat concurrentie bleef;
3. Verschillende elektrische uitrustingen van GE en Westinghouse werden toegepast;
4. Vanaf ongeveer 1947 werden “all-electric” cars gebouwd.
5. Men gebruikte 300V cardanmotoren, die in de draaistelframes waren opgehangen en 4000 t/min. draaiden. Zij vielen aanmerkelijk lichter uit dan de motoren in tramophanging, hadden geringe commutatieproblemen en waren uiterst robuust.
6. Een rij-rem schakelaar werd toegepast die bij Westinghouse 99 rij en 99 remstanden had. Vermogenschakeling vond plaats door Schützen, weerstandsuitschakeling door een roterende schakelaar, accelerator, later bij Tatra Beschleuniger genoemd.
7. Men stapte af van de klassieke serie-paralellschakeling met als consequentie maar de helft of t.o.v. de NMVB een derde van het aantal economische rijstanden. Alleen maar de standen parallel vol veld + één of twee zwakveld standen - dus typisch niet geschikt voor stop-and-go verkeer.
8. Consequent werd pedaalschakeling ingevoerd voor vlot rijden en remmen naar analogie van de opkomende automobiel.
9. Er werd geforceerde motorkoeling als luchtverversing toegepast in combinatie met het gebruik van de warmte in de rij-/remweerstanden in de winter.
10. In de vering werd consequent rubber toegepast, evenals rubbergeveerde wielen.
11. Naar zou blijken was de vormgeving tijdloos
12. Voor de West-Europese ontwikkeling na 1945 zijn de uitvoeringen van St. Louis Car, Clark Equipment en Westinghouse Electric maatgevend geweest.

Het B2 draaistel uit 1935, B2B uit 1945

Het bijzondere van de B1 en het B2 draaistel uit 1935 bestaat in de consequente toepassing van rubber en van rubbergeveerde wielen.

Het B2 draaistelframe bestaat uit gelaste stalen pijpen, door twee dwarsverbindingen met elkaar verbonden. Dit frame rust via rubber/metaalveren op de aslagers. Zowel de asvoering als de vering worden door deze veren overgenomen. Hoofdzakelijk op afschuiving belast, voldeden deze rubber veren niet zo goed. Ze zijn bij de varianten die in Europa liepen (B2 B) gedeeltelijk door een combinatie met stalen veren vervangen. In Brussel zijn daar vier verticale schokbrekers mee parallel geschakeld. De motoren zijn in dwarsframe ingeklemd en drijven via parallel aan de lengteas van de wagen verlopende cardanassen de kegelrad-tandwielkasten met hypoïde vertanding aan. Beide assen zijn met elkaar verbonden door gietstalen afstandhouders (zwenkarmen) die ook het motorkoppel opnemen. Deze vergroten dus de precisie van de asvoering. Zij zijn aan één zijde flexibel en aan de andere zijde vast verbonden met de assen. Het wagengewicht rust op een vet gesmeerde, in rubber opgehangen taatspot. Deze is verbonden met een wiegbalk die via hangers aan het draaistelframe hangt en zijwaarts kan bewegen tot hij tegen rubberstoppen slaat. Er is dus geen secundaire veer. De koningspen is met de bak verbonden en dringt diep in de taatspot door.

Als rubbergeveerde wielen werden schijfwielen gebruikt van het type Carnegie, het standard resilient wheel, waarbij de buitenschijf door een zeskantige moer werd aangedraaid. In West-Europa nieuw gebouwde wagens waren meestal met SAB schijfwielen (later type 271) uitgerust. Hier wordt de wielschijf tussen twee maal acht rubberblokken die in inkepingen rusten, en de twee buitenschijven ingeklemd en op schuif belast. Deze wielen geven bij aslasten zoals bij de PCC gekend, verticale veerwegen van 5 mm. In de US werd dit type wiel als super resilient wheel betiteld. De mechanische rem is als trommelrem op de motoras gemonteerd; hij wordt door een drie traps-elektromagnetische bediening aangestuurd.

Het B3 draaistel uit 1947

Het super resilient wheel bracht de constructeurs op het idee: "kunnen we alles niet sterk vereenvoudigen door de primaire vering eenvoudig weg te laten?" BBC en de Waggonfabrik Uerdingen hadden dat in 1933 al geprobeerd met het monomotor draaistel van de Essener Tram, waar het motorhuis als draaistelframe dienst deed, er uitsluitend vering tussen wagenbak en motor bestond en de wielen rubbergeveerd waren. Na twee proefwagens in 1933 volgden 20 in principe qua aandrijving gelijke wagens in 1938. Na de oorlog pakte DUEWAG in 1953 deze ontwikkeling weer op, maar men leerde al snel dat men niet zonder primaire vering uit kon komen.

Het B3 draaistel heeft een geleed frame, dat wil zeggen dat de langsliggende framebalken aan de ene zijde het wielaslagerhuis vast omklemmen en aan de andere zijde onder tussenvoeging van een rubber manchet. Zo ontstaat overhoeks een zekere bewegelijkheid. Door de ashuizen zijn de langsliggers aan elkaar verbonden. Bovendien zijn er twee dwarsbalken, die aan de ene zijde mechanisch soepel maar vast en aan de andere zijde onder tussenvoeging van een schroefveer en een rubberbus verend met het frame verbonden zijn. Deze dwarsbalken zijn asymmetrisch gemonteerd. Het draaistelframe is dus werkelijk torsieslap. 

De motoren zijn elk gemonteerd aan een balkje dat met de twee einden verend is opgelegd op de langsliggers en daarmee verbonden. De ene verbinding is vrij stijf en werkt als een scharnier. De andere werkt als een soepele verticale veer, een silentbloc op afschuiving. Daarmee is de motor onafhenkelijk en dus zeer gunstig geveerd. Het gewicht van de motoren behoort tot het (vrijwel) volledig afgeveerde gewicht. 

De beide wiellagerhuizen van een as zijn met een afstandhouder, waarin het tandwielhuis met zijn lager is geïncorporeerd, vast met elkaar verbonden. Er is dus geen koppelreactie arm nodig. De trommelremmen en cardanaandrijving zijn behouden. De wiegbalk is weer voorzien van de taatspot, waarin de koningspin diep penetreert. Nu rust de wieg echter op buitenliggende, in rubberverpakte, schroefveren. In de eerste uitvoeringen (MIVB 7000 en HTM 1000) stonden die verticaal, later zijn zij onder een hoek komen te staan. Tussen wiegbalk en frame is later een horizontale schokdemper geplaatst. De overbrenging van de krachten van het draaistelframe naar de bak en de geleiding van de wieg gebeurt door in rubber gevatte schenen aan de buitenzijde van de wieg. Toen in 1981 met het GTL-8 programma van de HTM begonnen werd, is de elektromagnetische trommelrembediening door H&K hydraulisch bediende Federspeicher bediening vervangen. (geen oliedruk betekent niet rijden).

Het B3 draaistel is ongeveer 400 kg lichter en goedkoper dan het B2 draaistel, heeft echter een grotere onafgeveerde massa. Interessant is dat de uitvoering voor Marseille, vermoedelijk als enige, Bochum 54 wielen heeft, wat ingaat tegen de principes van het ontwerp, dat een wiel met behoorlijke verticale vering vraagt. Vermoedelijk de allerlaatste uitvoering, vervaardigd door RMO Stork, is voor de 11G en 12 G rijtuigen (series 817-841 en 901-920) van het GVB Amsterdam uit 1990/91, met draaistroommotoren.

Het B6 draaistel voor meterspoor (1948)

Dit draaistel maakte in 1948 zijn opwachting bij de NMVB. Het werd standaard bij deze maatschappij, later verkocht naar Belgrado, evenals in Saint-Etienne vanaf 1954 en in Antwerpen (1960) en Gent (1971). Het is een stellig door het B2B draaistel geïnspireerde uitvoering met de wieg van het B3 draaistel. Het starre frame bestaat uit gelaste pijplangsliggers en twee vaste dwarsbalken. Het frame rust via schroefveren op de aspotten. De tractiekrachten worden via in rubbergevatte schenen boven de aspotten op het frame overgedragen.

Er zijn uitvoeringen met overhoeks twee schenen, de meerderheid heeft er vier. De PCC aandrijving heeft per as een reactie-arm. De motoren zijn vast in het frame ingeklemd. De elektromagnetisch bedienende trommelremmen zijn PCC-standaard. De wieg en de krachtoverdracht wieg/frame en wieg/wagenbak zijn zoals bij het B3 draaistel beschreven. In Belgrado heeft men al vroeg verticale schokbrekers tussen aspot en draaistelframe aangebracht. Deze verminderen het ”wanken” om de langsas aanmerkelijk. Er is geen horizontale schokbreker voorzien. Bij moderniseringen in Antwerpen en Gent van 105 resp. 22 rijtuigen worden de verticale schokbrekers geïnstalleerd. Behalve Gent met Bochum 54 wielen, hebben de andere rijtuigen SAB schijfwielen.

De B2 en B6 draaistellen zijn alle door de TRC ontwikkeld en door Clark Equipment gebouwd. Het B3 draaistel, eveneens door de TRC ontworpen, stamt van de St. Louis Car Company.

Het B2/BN draaistel (B2 amélioré) uit 1957

In 1957 werd voor de HTM 1100-serie door BN het B2 draaistel verbeterd. BN, die de B3 en B6 draaistellen in licentie gebouwd had, liet zich door het laatste type inspireren. Oorspronkelijk werden rubber/metaal-elementen onder voorspanning toegepast, later (bij de grote revisie begin jaren '70) werden de asveren en asvoering door Clouth rubber/metaalveren overgenomen. De aandrijving werd door een reactiearm, onder tussenvoeging van rubber bussen, met het frame verbonden. Het draaistelframe met de beide transversale verbindingen is dus niet torsieslap. De motoren zijn vast met het frame verbonden. De wiegconstructie is, zoals bij het B3 draaistel aangegeven later van een horizontale schokbreker voorzien. Dit draaistel kreeg SAB 271 wielen, bij de nieuwe uitvoering vervaardigd door RMO-Stork voor de 65 GLT-8 3001-3065 SAB V30 ringwielen. Het is ook gebruikt voor de gelede MIVB 7700- en 7900- stellen.

Poging tot een beoordeling

Deze draaistellen boden stellig ten tijde van het ontwerp een groot aantal voordelen. Weinig mechanische slijtagevlakken, veel toepassing van rubber en gaven dus vroegtijdig een relatief geruisloze loop te zien. Na de WW II begonnen de Duitse en Zwitserse firma’s hun ontwikkelingsinhaalslag en die heeft geleid tot de acceptatie van de tweemotorige monomotor aandrijving tot 200 kW/motor, met een veelstellige nokkenschakelaar, al dan niet servomotorisch bediend en aspotveringen bestaande uit chevron rubber/metaal elementen en rubber/metaalveringen als secundaire vering. Zij waren met kogelkranswiegen uitgevoerd. Het rubbergeveerde ringwiel werd standaard. Zo kon met eenvoudige middelen een onderhoudsarm, prijsgunstig en vooral licht voertuig worden ontwikkeld zodat aan de toch relatief gecompliceerde, relatief zware PCC geen kansen geboden werden.

De HTM bezat vier PCC’s (1197-1200) die met zulke monomotordraaistellen waren uitgerust. Men kan het een bedrijf, dat 16 prachtige 'gecompliceerde' vierassers uit 1948/49 (serie 201-216) slechts na amper 15 jaren dienst naar de sloper stuurde, niet kwalijk nemen dat het in zijn rigoureuze wens tot standaardisatie de draaistellen van een andere standaard verkocht aan de Rheinbahn in Düsseldorf. Dat zegt niets over de rijeigenschappen, noch over het onderhoud (Ir. J.K. Diekhuis, voormalig directeur van de HTM, tekent hierbij aan dat het meest zwaarwegende nadeel van deze Duwag-draaistellen was het ontbreken van een volwaardige Federspeicher-installatie - de vervangende schijfrem gaf te weinig remwerking).

Het zwakke punt van de PCC was vooral in de zomer bij stop-and-go bedrijf zijn hoge stroomverbruik, de relatieve reparatiegevoeligheid van de accelerator en zijn hoge gewicht van 540 kg/m², in een tijd dat het de Duitse en Zwitsers bedrijven nog lukte om Grossraum- en later gelede trams met 450 kg/m² te bouwen. Overigens twintig jaar later bevond de Haagse GTL-8 met 593 kg/m² zich in het goede gezelschap van de zwaarste vergelijkbare Duitse rijtuigen van Düsseldorf en Hannover.

Ook in 2000 geldt: op een werkelijk goed liggende baan als die van de Amstelveenlijn of lijn 39 naar Tervuren rijden trams met B3 draaistellen, - mits de rubbers in de SAB wielen niet te oud zijn waardoor een zekere onrondheid optreedt - nog steeds zeer acceptabel. Hetzelfde kan gezegd worden van de trams met B6 draaistellen mits die met schokdempers zijn uitgerust. Ook de Tatrawagens van de Typen T3, T4, T6 en KT4D hebben zeer acceptabele rijeigenschappen. Toch een groot compliment voor de heren van de TRC.

Het is moeilijk precies te zeggen hoeveel rijtuigen er uiteindelijk met PCC draaistellen of daarvan direct afgeleide ontwerpen naast de 5000 in de US in België, Italië, Tsjechië, Polen en Rusland gebouwd zijn, vermoedelijk tegen de 30.000, zo niet meer. Het is daarmee een éénmalig succes geworden.

Harry Hondius, Embourg (B), 2000.