Sistemes de cremallera

Sistema Riggenbach

Mentre a Nord-amèrica tenia lloc el naixement del ferrocarril Madison-Indianapolis i la creació del sistema Marsh, havia aparegut en el món del ferrocarril de cremallera un creador d'excepció: Niklaus Riggenbach. Nascut l'any 1817 a Gebweiler (Alsàcia), el 1847 construí, com a cap de taller d'Emil Kessler (Karlsruhe), la primera locomotora del F.C. del Nord Suís, a Zürich. Més tard fou designat mestre de màquines del F.C. Central Suís i director del taller principal d'Olten. Es feu càrrec també del túnel Hauenstein, de 2,5 km de llarg i amb una inclinació del 26,23‰, les condicions d'adherència del qual havien estat des de sempre molt precàries per al servei de les màquines.

Riggenbach va pensar que el problema es podia solucionar, en aquestes circumstàncies, amb una locomotora amb roda dentada i cremallera, la qual funcionava amb total independència de la tracció per adherència. Es van començar, doncs, plànols i estudis per dur a terme aquesta solució. S'originà així el projecte d'una locomotora amb roda dentada i caldera horitzontal, totalment segons la disposició usual d'aleshores en les màquines Kessler. La roda dentada ocupava una posició central i engranava en una cremallera amb suports laterals laminats entre els que es disposaven les dents, de secció trapezoidal, que es fixaven als laterals amb passadors. A través dela firma André Koschlin & Cie (Mulhausen), Riggenbach va patentar a França aquesta disposició amb data del 12 d'agost de 1863.

Secció de la cremallera Riggenbach amb un sol ferro en U.

Per a la cremallera es van considerar dues solucions. Una d'elles era construïda amb un ferro en U laminat, mentre que l'altra feia ús de dos ferros en U situats l'un enfront de l'altre formant un conjunt semblant a un carril de patí molt ample. El dentat estava format en ambdós casos amb unes barretes de secció tapezoidal que es fixaven als costats amb ajut de clavilles. També es van preveure dues classes de locomotores, ambdues amb caldera horitzontal: per a funcionament amb cremallera solament i per a funcionament mixt. L'accionament es realitzava en tots dos casos amb sengles cilindres de vapor situats de forma usual i que atacaven un eix dotat d'una roda dentada, que estava situat prop de la llar.

Vista lateral i secció de la cremallera Riggenbach amb dos ferros en U, amb un detall de la roda dentada engranant en la cremallera.

A través d'un tren de reducció s'accionava l'eix que portava la roda dentada en el seu punt central. En el cas de funcionament mixt, aquest eix de la roda dentada s'acoblava amb l'eix motor d'adherència mitjançant sengles bieles. Tement que un engranament a diferent profunditat pogués perjudicar el funcionament de la roda dentada, hom va disposar sengles rodes portants a banda i banda de la roda dentada, les quals circulaven per sobre dels laterals de la cremallera ja descrita. Tota la disposició de la locomotora indicava que havia estat pensada per a pendents moderats. Per a rampes fortes Riggenbach ideà una altra solució, que consistia en una sola cremallera similar a la de Cathcart, en la que engranava una roda helicoidal. El treball incansable de Riggenbach per a la realització de les seves idees arribà finalment a una contribució tan inesperada com profitosa. L'any 1867, John Hitz, Cònsol General de Suïssa als Estats Units, tornà al seu país per un temps i va presentar al Consell Federal Suís un informe detallat del ferrocarril de cremallera que s'estava construint al Mount Washington, tot fent referència a la utilitat d'una construcció com aquella en les muntanyes suïsses i, en particular, per unir el Genfersee amb Lausanne. Riggenbach conegué personalment Hitz i aquest obtingué del Consell Federal l'encàrrec de construir al Rigi una línia com la de Silvester Marsh al Mount Washington. El lloc de la construcció resultà ser immillorable i molt ben escollit i, a més, la comprovació feta a Amèrica va fer que s'atorgués nova confiança al projecte a fi que reeixís, malgrat el dictamen dels professors del Politècnic Suís al Consell Federal, que deia que allò era una «barbaritat». A l'assemblea general dels enginyers i arquitectes suïssos (Interlaken, 27 al 29 de setembre de 1868), on es discutien els diversos projectes de ferrocarrils de muntanya, Riggenbach juntament amb Olivier Zschokke havien intentat encara novament de conquerir els tècnics per al seu pla. Aquests, encara que indecisos, manifestaren una gran tendència vers el nou sistema presentat per Wetli. Així les coses, Riggenbach, Zschokke i el seu company de negocis coronel Adolf Naeff, el 29 de setembre van prendre el determini de construir un ferrocarril de cremallera al Rigi. Per tal d'aclarir i precisar les particularitats mecàniques, enviaren a Mount Washington l'enginyer Otto Grüninger i aquest, pel juny de 1869, presentà un minuciós informe amb nombrosos dibuixos d'aquelles instal·lacions juntament amb valiosíssimes proposicions de millores i altres suggeriments. El 9 de juliol de 1869 es produí, per part del govern cantonal de Luzern, la sol·licitud de permís federal per a la construcció d'una línia que unís Vitznau-Kaltbad-Staffelhöhe i el 24 del mateix mes arribà l'autorització federal, al mateix temps que quatre bancs prometien llur col·laboració. El capital social es fixà en 1.250.000 francs, la meitat del qual fou assumit pels constructors. L'octubre de 1869 van començar els treballs i havien de concloure els 5 km de línia per a l'estiu de 1870, però es van retardar una mica. Sobtadament havia esclatat la guerra franco-alemanya i això perjudicà el lliurament dels carrils. De totes maneres, pel maig de 1870 ja s'havia fet un viatge de prova i un any després es posà en servei la línia. En la realització del ferrocarril del Rigi no s'aplicaren ni les cremalleres ni les locomotores segons les patents franceses de Riggenbach, sinó que hom aplicà a totes les parts essencials i cotes bàsiques les dades extretes de Mount Washington, però amb uns perfeccionaments tan significatius que la realització mecànica d'aquesta línia comparada amb el seu model, va representar un progrés molt important.

Secció i vista lateral de la cremallera primitiva del ferrocarril del Rigi.

Les cremalleres del Rigi constaven de dos ferros en U com a laterals, entre els que s'introduïen les dents de secció trapezoidal. Aquestes, una vegada introduïdes en els orificis dels laterals, s'orientaven en posició i es reblonaven pels extrems. Cada peça de cremallera tenia una longitud de tres metres i un pas de 100 mm. Les unions es trobaven sobre una travessa i com a brides d'unió s'utilitzaven unes tires planes de ferro, d'amplada igual a la de la base dels ferros en U, realitzant-se la fixació a la travessa amb tirafondos.

Secció de la via primitiva del ferrocarril del Rigi.	Els carrils tenien una alçada de 80 mm i un pes de 15 kg/m. Al costat dels carrils s'hi muntava un sòcol de fusta a tot el llarg de la via. Com que el període de temps entre canvis de travesses passava ràpidament hom va decidir més tard de muntar la via sobre travesses metàl·liques i emprar carrils més resistents.
Via amb travesses metàl·liques del ferrocarril del Rigi.
La conversió es va fer en pocs anys. Per altra part, la disposició de la cremallera directament a sobre la travessa tenia l'avantatge de la simplicitat, però la roda dentada engranava massa a fons i amb això dificultava la disposició de les agulles i creuaments. A fi de superar aquest problema, les vies posteriors de Riggenbach presenten una col·locació de la cremallera sobre cadiretes de fosa, disposició que també es troba en tots els ferrocarrils mixtos posteriors.

Via Riggenbach, amb cadiretes de fosa per a la cremallera.

La màquina es va construir segons un nou projecte. Es tractava d'una locomotora amb tènder, amb un eix portant i un eix motor. Des dels cilindres de vapor, el moviment es transmetia a un eix intermedi que, a través d'un tren de reducció, accionava l'eix de la roda dentada. L'eix intermedi estava també acoblat amb una biela a l'eix posterior, que era doble (concèntric). La part interior era solidària de la manivela d'accionament i d'un acoblament d'urpes. L'eix exterior (buit) portava les rodes motrius d'adherència, al botó de les quals hi havia la part corresponen de l'acoblament abans esmentat. Durant la marxa lenta, hom podia engranar aquest acoblament i aleshores la màquina treballava amb l'adherència de l'eix posterior mentre seguia funcionant la roda dentada. Si, en els trams de cremallera, hom desconnectava l'acoblament, solament la roda dentada realitzava l'esforç de tracció, mentre les rodes d'adherència giraven boges. L'entrada en un tram de cremallera en aquestes circumstàncies era més aviat difícil. Un primer tram de cremallera, d'uns tres metres de llarg, estava col·locat sobre un alçaprem o gat. Hom situava la màquina sobre aquesta zona i aleshores s'elevava el gat si la posició de la roda dentada encaixava perfectament amb la cremallera. Si no era així, calia que la màquina reculés i tornés a entrar a la zona, etc. i així fins aconseguir que roda dentada i cremallera coincidissin. La patent obtinguda per Riggenbach el 1872 als Estats Units es referia a aquesta entrada de cremallera i la locomotora descrita. L'any 1876 va ser lliurada una segona locomotora d'Ostermundigen, amb acoblament rígid entre roda dentada i rodes adherents, totalment segons la patent francesa originària. Amb aquest motiu, Roman Abt dissenyà i construí un nou tipus d'entrada de cremallera, que permetia l'entrada als trams de cremallera de manera automàtica i sense haver d'aturar el tren.

Cremallera «d'escala», derivada de la de Riggenbach i que fou àmpliament utilitzada.

Aquest tipus de cremallera, dita «d'escala», ha estat també construït i emprat àmpliament, en particular per la fàbrica de màquines de Berna, amb importants millores. Amb aquestes aplicacions afortunades havia nascut i s'havia fet un lloc el ferrocarril de cremallera.

L'any 1874 i amb la col·laboració personal de Riggenbach, es van construir el ferrocarril de Kahlenberg, prop de Viena, i el ferrocarril del Schwabenberg, prop de Budapest, ambdós de cremallera solament i segons el patró del Rigi. A Suïssa seguiren el 1875 dues realitzacions: una d'Arth al Rigi, i l'altra de Rorschach a Heiden. Els quatre darrers ferrocarrils, lamentablement, no van tenir èxit i la major part del capital romangué sense donar cap rendiment. Això va fer que es paralitzessin els desenvolupaments posteriors de ferrocarrils de cremallera. Una fàbrica de màquines d'Aarau, dirigida per Riggenbach, es dedicà a la construcció d'atuells mecànics per a ferrocarrils de muntanya i caigué en desgràcia pel motiu ja esmentat, tancant en 1879. A partir d'aquest moment, Riggenbach traspassà la realització del seu sistema a la fàbrica de màquines d'Esslingen. Uns anys més tard es va retirar completament dels negocis i morí a l'edat avançada de 82 anys.

Sistema Wetli

Quan Riggenbach (al principi amb poc èxit) continuava amb la seva preocupació sobre la utilització dels dispositius de cremallera, tingué un competidor en R. Wetli, enginyer cantonal de Zürich. L'any 1868 va aparèixer la primera publicació exposant el sistema constructiu de Wetli. Les idees, teòricament molt bones, van merèixer opinions favorables dels tècnics i dictàmens d'aprovació per part dels professors. Més tard, en publicar-se un escrit del Prof. Harlacher, del politècnic alemany de Praga, sobre aquest tipus de construcció, Wetli va muntar una empresa per a la realització dels seus projectes. L'objectiu era la construcció d'una línia de Wädensweil-am-Zürichsee fins al conegut lloc de romeries d'Einsiedeln, amb una longitud d'uns 17 km.

La via del sistema Wetli.

El sistema Wetli és un sistema mixt; per tant, la mateixa màquina havia de circular per trams de línia amb pendents usuals de fins un 25‰, com també per trams de gran pendent, de fins a un 80‰, amb la força resultant de les rodes motrius d'adherència més la d'una roda dentada amb forma de tambor, que podia alçar-se o abaixar-se amb ajut d'un dispositiu accionat a vapor. L'any 1874 hom va escometre la prova d'un tram de 400 metres. Davant les dificultats que es van presentar, es va decidir no prosseguir la construcció de la línia i millorar la locomotora. A la tardor de 1876 es van realitzar noves proves amb les locomotores ja preparades a l'efecte; aquestes proves van acabar el 30 de novembre de 1876 amb un trist accident del que el sistema constructiu no n'era pas directament responsable. El resultat de tot això va ser que la línia es va construir d'adherència i així s'explota encara (sic). La superestructura de Wetli constava de travesses de fusta amb carrils de patí robustos. Omplint tot l'espai entre els dos carrils s'hi disposaven uns angles fets de carril buit a cada 900 mm, de manera que la via prenia la forma d'una cremallera amb dentat angular.

La roda motriu tenia forma de tambor que, com a dentat, portava peces angulars com les de la superestructura. Aquest tambor estava sempre en moviment però, com ja s'ha dit, podia aixecar-se en els trams més planers i aleshores rodava en buit a l'aire. La investigació de l'accident mostrà que els inconvenients principals eren la col·locació imprecisa de la superestructura, que originava fortes resistències per fregament i fort desgast. A més, en cas de neu o glaç, aquesta superestructura resultava difícil de netejar i, per tant, no podia assegurar-se un engranament prou profund, cosa que és vital. Des d'aleshores no s'ha tornat a emprar aquest sistema.

© Eugeni Pont, 1998