Toen Tim de Haas en Mark Cox in juli 2009 startten met hun onderzoek was er weinig bekend over het exacte functioneren van wisselverwarming en spoorwissels, zeker niet onder extreme weersomstandigheden. Omdat Prorail hier graag meer inzicht in wilde met het oog op energiebesparing ,werd er bij de twee TU/e-onderzoekers aangeklopt. Cox: “Wij houden ons bezig met praktische vraagstellingen vanuit het bedrijfsleven en zijn onder andere gespecialiseerd in energie en warmtehuishouding. Voor Prorail hebben we onderzocht door welke oorzaken een wissel kan vastlopen onder invloed van ijzel, sneeuw en ijs, en hoe dit zo energiezuinig mogelijk opgelost kan worden.”

In Drunen werd een kostbare testopstelling gebouwd. In een koelcel van 8,5 bij 15 meter met gereguleerde temperatuur installeerden ze twee complete, werkende wissels met een lengte van 13 meter. Volgens De Haas is deze testopstelling uniek. “In Nederland is het bijna onmogelijk om op het drukbereden sporennetwerk te experimenteren. Vaak wordt er uitgeweken naar kleinschalige tests in het laboratorium. Maar met deze opstelling konden we elke klimaatsituatie fixeren en metingen verrichten. Een nagebootste sneeuwbui, -10 °C, windkracht 4, het was allemaal mogelijk. Dit is de eerste keer dat wissels en wisselverwarming zo uitgebreid getest worden. Wel was het afzien in de kou, na een dag meten was het eerst een uur opwarmen onder de douche.”

In januari werd gestart met de eerste metingen. Door de eerdere massale media-aandacht voor de treinverkeerschaos werd besloten geen bekendheid aan de experimenten te geven. Zo kon er in alle rust, zonder druk van buitenaf, getest worden. Pas nu komen ze met de eerste resultaten naar buiten.

Een van de belangrijkste bevindingen is dat het vastvriezen van de ijslaag tussen het beweegbare wisselonderdeel, de tong, en de spoorstaaf niet de hoofdoorzaak is van wisselproblemen. Cox legt uit: “Prorail dacht dat de wissels soms niet functioneerden doordat ijs dat aan de tong en de spoorstaaf zat, aan elkaar bleef kleven en een barrière vormde. Uit onze testen bleek echter dat dit ook bij zware klimatologische condities geen probleem oplevert, de motor trekt hier zo doorheen. Of het nou een dunne of dikke ijslaag is.”

Wat wel voor problemen zorgde, waren dikke ijsbrokken of grote hoeveelheden stuifsneeuw die tussen de wissels terechtkwamen, juist omdat de trein bij het passeren van een wissel meer heen-en-weer schudt en daarbij brokken sneeuw en ijs verliest.

Er bestonden bij Prorail hierover al vermoedens, maar dankzij het grootschalige TU/e-onderzoek is dit op een wetenschappelijke manier definitief bevestigd. De Haas: “Aan de hand van met ijs gevulde bollen met verschillende diameter konden we precies nagaan wanneer de problemen ontstonden. De ruimte tussen de wissels is beperkt, dus het is belangrijk te bepalen hoe en wanneer een wissel als gevolg van sneeuw of ijs buiten werking gaat.”

De beide onderzoekers stellen voorop dat door de experimenten vooral veel inzicht is verkregen over de werking van wisselverwarming onder extreme omstandigheden. En dat inzicht is hard nodig voor innovatie. “In het gasland Nederland wordt wisselverwarming op basis van gas het meest gebruikt. Deze vorm van verwarming heeft in vergelijking met andere vormen, zoals elektrische verwarming, een andere effectiviteit en bedrijfszekerheid bij verschillende klimaatomstandigheden. Vanwege de verschillen tussen de verwarmingsystemen en om een optimum te zoeken met betrekking tot het functioneren van wisselverwarming onderzoekt Prorail bestaande systemen en alternatieven.”

In sneeuwrijke landen als Oostenrijk, Zwitserland, maar ook in België en Duitsland gebruiken ze al sinds lange tijd elektrische wisselverwarming. Zou het voor Prorail een logische stap zijn ook hierop over te stappen? “De testen die wij hebben uitgevoerd in opdracht van Prorail zijn onder andere gedaan met elektrische wisselverwarming. ProRail is op zoek naar een systeem wat nog energiezuiniger en bedrijfzekerder is. Dat zou dus heel goed elektrische verwarming kunnen zijn. De afgelopen periode zijn de belangrijkste wissels op het hoofdspoornet al voorzien van ‘nieuwe verwarming’.”

Belangrijkste nadeel van elektrische verwarming is dat in Nederland de stroom niet van de bovenleiding afgetapt kan worden, zoals dat bijvoorbeeld in Duitsland gebeurt. Hier moeten ze een aparte voeding trekken voor de wisselverwarming. Dat maakt het extra duur. Op kleinere schaal zijn we nu aan het onderzoeken hoe de wisselverwarmingen aangepast kunnen worden om efficiënter (en kostenbesparender) met de warmte om te gaan.”

Het is duidelijk dat er op het gebied van wisselverwarming momenteel veel gaande is. Ook vanuit het buitenland was veel belangstelling voor de gebruikte testopstelling. De Deutsche Bahn stuurde zelfs ingenieurs langs met een eigen wissel om metingen te verrichten. Vanuit de UK kwam iemand van Network Rail op bezoek. Iedereen wil optimaliseren. Ook over Prorail zijn Mark Cox en Tim de Haas positief: “De wil tot verbetering is zeer hoog. Door onze testen hebben ze in ieder geval veel nieuwe inzichten verkregen en ligt de weg naar innovatie open.” (NT)