Het gemechaniseerd lossen van stortgoed
Uit spoorwagons
In Duitsland, omstreeks 1910
Aan het begin van de 20e eeuw werd, zeker in Duitsland, het grootste deel van alle bulk- of stortgoederen per spoor vervoerd. IJzererts, steenkool, cokes, kiezel, zand, suikerbieten .... het betrof meestal grote massastromen, naar grote afnemers, zoals hooovenbedrijven, gasfabrieken, infrastructurele werken, suikerfabrieken.
Voor het transport werden voornamelijk open goederenwagons gebruikt, twee-assers van 10 ton laadvermogen. De wagons hadden zij- en kopdeuren. Het lossen gebeurde overwegend met de schop, door de opengeklapte zijdeuren. Twee arbeiders waren ongeveer 1 uur druk bezig om één wagon te legen.
Stortgoedprofiel bij handmatig lossen van een open spoorwagon met zijdeuren
Het stortgoed kwam simpelweg in grote hopen vlak naast de rails te liggen.
Dit primitieve systeem werkte misschien redelijk voor een enkele wagon. Een plaatselijke kolenboer bijvoorbeeld, die de aangevoerde steenkool direct verkocht aan klanten die naar zijn werf kwamen om hun bestelling op te halen met paard-en-wagen. Ze schepten hun kool zelf direct uit de opgetaste hopen.
Maar voor grote afnemers was deze wijze van aanvoer een nachtmerrie. Voor hun was de aanvoer per spoorwagon maar één schakel in een hele transportketen. Neem een gasfabriek. Daar gingen per dag tonnen steenkool doorheen. Het afvoeren van de ruw gestorte kool naar de retorten, waar ze werkelijk nodig was, vroeg op deze manier veel te veel mankracht.
Er werd daarom driftig gepoogd het lossen te stroomlijnen. Dat kon op twee manieren: zelflossers inzetten; of efficiënter handling van de standaardwagons.
Zelflossers
Een trein bestaande uit zelflossers is veel sneller te lossen dan een trein van klassieke open wagons, die moeizaam met de hand geleegd moesten worden. Zelflossers, speciaal voor dit doel gebouwde wagons, werden voorzien van grote zij-onder kleppen waar de complete lading in enkele seconden met een klap uit kon vallen - zonder dat daarbij arbeiders nodig waren. Tussen Lotharingen (de ertsmijnen) en het Ruhrgebied (de hoogovens) waren omstreeks 1910 al volop zelflossers in gebruik.
Voor dit (zeer) specifieke doel en voor deze (zeer) grootschalige toepassing voldeden zelflossers uitstekend. Maar voor andere situaties, minder specifiek, was dat minder het geval. Een zelflosser is meestal maar voor één soort stortgoed bruikbaar. Hij gaat dus meestal leeg terug. Dat verdubbelt de kostprijs.
Verder ontstaat bij het afstorten uit een zelflosser een vrij ongunstig stortprofiel. De lading valt immers recht onder de wagon naar beneden. De rails moeten dus over een opvangbunker lopen en zijn daarbij lastig te ondersteunen. Wil een zelflosser inderdaad snel zijn lading kwijt kunnen raken, dan moeten op de losplaats de nodige speciale (dure) voorzieningen getroffen worden. Bij de hoogovens waren die er, speciaal aangelegd, maar elders?
Geconcludeerd werd, dat (treinen van) zelflossers alleen zinvol in te zetten waren voor:
- kleine afstand tussen laad- en losplaats (minder dan 60 km)
- een vast traject
- een grote vervoerstroom
- een grote vaste afnemer, die de nodige investeringen in zijn losplaats kon en wilde doen
Komt nog bij dat een zelflosser vrij prijzig is. Hij werd in (veel) kleinere series c.q. aantallen gebouwd; EN was complexer van bouw. Kortom, zelflossers boden GEEN algemene oplossing voor het in de inleiding gesignaleerde probleem van inefficiënt lossen.
Efficiënter handling van de standaardwagons
Om de lostijd van de standaard open wagon te verkleinen, zag men twee mogelijkheden:
- lossen met een grijperbrugkraan
- lossen met een tipper
Grijperbrugkraan
Voor het lossen van zand en steenkool is een grijperkraan bijzonder geschikt. Men gebruikt een kleine grijper (ca. 1 m3). Drie man, te weten één machinist en twee arbeiders bij de wagon kunnen met een dergelijke installatie ongeveer 30 ton steenkool per uur lossen. De arbeiders bedienen en plaatsen de grijper en ze zorgen voor het (met de schop) leeghalen van de hoeken en het bijeen vegen van de resten stortgoed.
Voor stortgoederen met een hoog soortelijk gewicht, zoals ijzererts, kiezel, e.d., is de grijper minder geschikt. Hij wordt erg zwaar en zou de wagons kunnen beschadigen bij het zwaaien tijdens het heffen. Ook voor makkelijk te beschadigen stortgoed, bijvoorbeeld cokes of suikerbieten, is de grijper minder geschikt.
De grijperbrugkraan wordt OOK gebruikt voor het efficiënt verspreiden van het stortgoed over het opslagterrein EN voor het afvoeren voor verdere verwerking. Die punten zorgden, zo zagen we, voor grote problemen bij het handlossen.
De hier afgebeelde installatie, bij de electriciteitscentrale van Düsseldorf, heeft aan de achterzijde van de brug een stortgoot. Hieronder rijdt een electrisch aangedreven zelflosser. Deze brengt de steenkool naar een bekertransporteur, die zorgt voor het verdere transport naar een boven het ketelhuis geplaatste bunker.
Lossen met een tipper
De standaard open wagons hebben niet alleen zijdeuren, de kopschotten zijn aan de bovenzij eveneens scharnierend uitgevoerd. Kipt men de wagon om een dwarsas, dan zal het stortgoed door de kopdeur naar buiten schuiven. Dit kippen gebeurt in een tipper, waarvan tal van uitvoeringen bestonden.
De zelfwerkende tipper
De eenvoudigste is de zelfwerkende tipper. De wagon wordt op een kantelbare brug gereden en de voorste as wordt in een verende haak gevangen. De positie van de wagon wordt zo ingesteld, dat het zwaartepunt van het geheel bij volle wagon vóór het kantelpunt ligt. Lost men de bandrem op de secundaire kantelas, dan kipt de brug. Het zwaartepunt van brug met lege wagon ligt echter achter het kantelpunt en wanneer men na het lossen de bandrem opnieuw lost, kipt het geheel vanzelf terug. Met twee arbeiders kan op een zelfwerkende tipper ongeveer 150 ton stortgoed per uur worden gelost.
In de praktijk bleek deze zelfwerking niet altijd betrouwbaar, vandaar dat de mogelijkheid tot handaandrijving via een tandwielstelsel aanwezig was. Bij een zelfwerkende tipper komt de voorkant van de wagon ruim 2 meter onder railniveau. Er is een zéér diepe (9 meter) stortput nodig. Deze reikt tot diep in het grondwater. De totale investeringskosten van een dergelijke tipper zijn derhalve hoog.
De zelfwerkende tipper werd al snel opgevolgd door een mechanisch aangedreven uitvoering, de platformtipper. Alleen in havens, waar grote stortdiepte geen probleem is, bleef hij veel langer in gebruik.
De platformtipper
Deze constructie heeft een brug welke aan één einde scharniert. Het andere einde wordt geheven met tandheugels. Het grote voordeel is, dat de voorzijde van de wagon niet meer zo diep komt. Hierdoor kan volstaan worden met een stortput van ongeveer 7 meter diep. Voor de aandrijving van het platform gebruikte men een electromotor. Met twee arbeiders kan ook op deze tipper ongeveer 150 ton stortgoed per uur worden verwerkt.
De investeringskosten zijn wat lager den die van een zelfwerkende tipper, omdat de stortput minder diep is. De fundamenten moeten echter in verband met afschuifkrachten van het platform relatief zwaar worden gemaakt.
Zowel de zelfwerkende als de platformtipper zijn plaatsgebonden; ze dienen vrij grote massa's te verwerken om rendabel te zijn. Je vond ze alleen bij grote afnemers, bijvoorbeeld gasfabrieken.
De verplaatsbare brugtipper
Deze tipper staat verrijdbaar op eigen wielen de rails en dat biedt bijzondere mogelijkheden. De tipactie wordt verkregen door een wagon langs een hellende baan op te trekken, tot de gewenste hoek van ruim 45-55° is verkregen. De wagon wordt opgetrokken aan de voorste as, die daartoe op een "loper" rust. De ashaak in de loper is zelfwerkend, zodra het hijswerk in beweging komt veert de haak op en pakt de as; daarna beweegt de loper langs de hellende baan omhoog.
Een tweede lierwerk wordt gebruikt om met een staalkabel van maximaal 100 meter lengte wagons naar de tipper toe te halen en om ze op de loper te trekken. De afvoer van lege wagons is heel eenvoudig, de helling van de baan is voldoende om de wagon een vaartje te geven en hij rijdt uit zichzelf op een zijspoor. Zo kan in hoog tempo een gebrachte beladen trein gelost worden, terwijl als vanzelf de lege trein geformeerd wordt. Een aparte locomotief is niet nodig.
Een brugtipper als deze heeft een capaciteit van rond 150 ton steenkool per uur. Hij heeft nog altijd een stortput van ca. 5 meter diep nodig. Deze is (bouwkundig) goedkoper dan de diepere putten die bij eerder beschreven tippers nodig zijn. Een verdere beperking van de investering schuilt in het feit, dat één verplaatsbare brugtipper op meerdere plaatsen kan worden gebruikt. De mechanische investering (per stortput gerekend) is dan betrekkelijk klein.
Hierboven zie je de overdekte kolenopslagplaats van de gasfabriek in Haag (D) getekend. Hier staan naast elkaar drie loodsen, elk voorzlen van een stortput. Eén brugtipper bedient de drie stortputten. Het toevoerspoor ligt ongeveer 5 m boven het niveau van de opslagvloer.
Het is opvallend, dat hier voor de distributie van de kolen over de vloer en ook voor de afvoer van de kolen naar de productiehal van de gasfabriek een grijperkraan wordt gebruikt. Deze dient dus NIET voor het lossen van de wagons.
De vaste (lage) brugtipper
Vanzelfsprekend kan een brugtipper ook vaststaand gebruikt worden. Deze tekening toont de lage brug, zoals die in de gasfabriek van Luik werd gebouwd. De capaciteit is rond 150 ton steenkool per uur. Ook hier is nog een 5 meter diepe stortput nodig. Maar het is uiteraard mogelijk de vaste brug (in staalconstructie, of in metselwerk, of in betonbouw) hoger te maken.
De vaste (hoge) brugtipper
De volgende tekening is van de installatie in de electriciteitscentrale van Reisholz (D). Om de brug te verlengen, is er een recht deel onder 30° in opgenomen. De kopdeur van de wagon blijft op dit gedeelte nog gesloten en het stortgoed blijft bij deze helllng nog liggen. Het laatste deel van de brug loopt steiler op. Voor de wagon hierop wordt getrokken, opent men de kopdeur.
De capaciteit van deze brugtipper is 150 ton steenkool per uur. Voor de aan- en afvoer van de wagons is in Reisholz een draaischijf vóór de brugtipper gelegd. De in de stortput afgestorte kolen worden met een band-elevator naar de verschillende opslagbunkers gebracht.
Brugtippers voor het beladen van schepen
In havens werd de brugtipper eveneens veel gebruikt voor het snel overladen van stortgoed van spoorwagons in schepen. Hieronder de tipperinstallatie aan het binnendok te Bremerhafen. Dat deel van de haven daar is (uiteraard) tijloos. Om de noodzakelijke diepte van de stortput te verkrijgen heeft men een lange voorloophelling moeten bouwen. De wagons worden met een lierwerk deze helling opgetrokken.
De kapitale en bepaald spectaculaire installatie hieronder is bestemd voor een getijde-zeehaven. Bij opkomend water kun je twee maal overschakelen op een hoger liggende vulgoot. Je ziet dat er dus ook drie stortputten zijn. Voor het eigenlijke tippen wordt één verrijdbare brugtipper gebruikt. Deze moet wel in elk der drie posities zeer stevig verankerd zijn!
De mobiele tipper
Bij al de hiervoor besproken tippers is er geen sprake van echte flexibiliteit. Steeds zijn uitgebreide bouw- en werktuigbouwkundige voorzieningen noodzakelijk, OOK bij de verrijdbare brugtipper. Wanneer de hiermee gemoeide investeringen niet terug te verdienen zijn door besparing op de kosten van het lossen, dan zijn de genoemde tippers dus niet te gebruiken. Althans, niet rendabel.
Speciaal voor dit soort situaties is de mobiele tipper uitgevonden. Denk aan een suikerfabriek, waar alleen gedurende de bietencampagne grote hoeveelheden bieten worden aangevoerd. Zou je daar investeren in een vaste tipperinstallatie, dan stond die een groot deel van de tijd stil.
De mobiele tipper kan, na het opklappen van de oprijstukken en de hulpassen normaal in een trein meerijden. Hij heeft bovendien zijn eigen benzinemotor en generator, dus de aandrijving van de bewegingselectromotoren is onafhankeijk van externe stroomvoorziening.
Het brugdeel is op een draaivoet geplaatst. Een te lossen wagon wordt op de brug getrokken, die een helling van ongeveer 30° heeft. Daarna wordt de brug 90° (naar wens naar links of naar rechts) gedraaid en de wagon nog iets verder opgetrokken. Een kruk/drijfstang-mechanisme vergroot daarbij de helling tot 45-55° en de wagon wordt - naast de rails - gelost. Na het lossen laat men de wagon iets zakken en draait de kruk terug tot de ruststand. Dan draait men de brug (nog eens) 90° verder en de wagon wordt - leeg - aan de andere zijde van de tipper neergelaten. Tot slot van de cyclus draait de brug 180° terug.
Op deze wijze kruipt de tipper geleidelijk door een opgestelde volle trein en laat een lege trein achter.
Vanzelfsprekend is de tipper zo ontworpen, dat de normale asdruk op het spoor (7,5 ton, de toegestane waarde voor locomotieven) nooit wordt overschreden - en dat het zwaartepunt in alle mogelijke situaties ruim binnen de rails blijft vallen.
Dit is echt een machtige uitvinding. Totdat je je realiseert, dat er, na het lossen, weer hele bergen stortgeod vlak naast het spoor liggen. Precies als, helemaal aan het begin van dit artikel, bij het met de hand lossen ....