tram e trasporto pubblico a Roma

Sistemi di trazione

Trazione a dentiera

Storia e tecnologia alla fine del secolo XIX

Cenno storico
Tipi di dentiera
Trazione sulla via a dentiera
Alcune applicazioni

Perchè la dentiera

Su un piano orizzontale è appoggiato un corpo, soggetto ad una forza P, ad es. al proprio peso (fig. a); se, mantenendolo a contatto della superficie, gli si applica una forza esterna F che tende a spostarlo, tra le superfici a contatto si genera una forza R di senso opposto alla F, reazione di attrito, data in grandezza dal prodotto fP, con f, coefficiente di attrito, dipendente dalle caratteristiche delle superfici; il moto sarà possibile solo se F supera fP. Analogamente, ad una ruota di peso P appoggiata in un punto C ad una superficie (fig. b) si applica una coppia F, -F tendente a farla ruotare intorno a C: se la reazione di attrito R che si genera in C supera -F, la ruota rotola sul piano e il suo centro avanza, nel caso della figura, spostandosi verso destra; in caso contrario la ruota slitta su C ruotando interno al suo centro O, che resta immobile. Nel caso di un piano inclinato (fig. c) il peso P del corpo si scinde nelle due componenti T, tangenziale ed N, normale alla superficie ed è quest'ultima che genera la reazione di attrito R=fN; la T tende a muovere il corpo verso il basso in opposizione alla R e il moto potrà aver luogo solo se è T>R. Analogamente per una ruota appoggiata sul piano inclinato (fig. d): qui la coppia motrice F, -F è data dalla differenza tra coppia applicata dall'esterno e coppia data dalla componente T del peso della ruota; solo per R>-F sarà possibile lo spostamento della ruota verso l'alto.

Il coefficiente di attrito è un numero puro, che varia tra 0 e 1; f=0,1 indica, ad es. nel caso di fig. a, che il corpo si sposta quando è F>P/10. In trazione si usa il termine aderenza per indicare la frazione del peso di un rotabile che grava sulle ruote motrici; una motrice con tutti gli assi motori ha una aderenza del 100%, mentre una a due assi con un solo asse motore ha aderenza pari al 50%; una motrice con carrelli maximum traction, quando questi erano utilizzati, aveva una aderenza del 75% circa, visto che il 75% del peso gravante su un carrello era applicato in prossimità della ruota motrice. Il coefficiente di attrito non è una costante ma, a parità di superfici in contatto, varia, ad es., con la velocità relativa dei corpi in contatto.

La dentiera si applica alla trazione su rotaia nei casi in cui il coefficiente di attrito tra ruota e rotaia non è sufficiente a garantire lo spostamento del rotabile o la sua trattenuta nel caso di arresto in pendenza; si basa sull'impiego di un mezzo esterno alle rotaie di corsa, nella maggior parte dei casi una dentiera (detta anche cremagliera con termine di origine francese) sulla quale ingranano una o più ruote dentate collegate agli apparati motore e frenante del rotabile.

Cenno storico

Quando Stevenson inventava la macchina a vapore, molti pensavano che le ruote azionate dalle bielle avrebbero slittato sulle rotaie e la macchina non sarebbe avanzata di un passo e dovettero ricredersi quando videro la macchina non solo avanzare, ma anche trascinarsi un bel po' di vagoni; il problema si presentò poi, quando al treno si volle far affrontare la montagna e qui le ruote slittavano. Così si arrivò alla dentiera.

La trazione a dentiera, in senso stretto, risale a più di due secoli fa; potremmo trovarne le prime tracce agli inizi del XIX secolo, quando nel 1811 un certo John Blenkinsop la utilizzò per lo spostamento di carrelli nelle miniere di Middleton (Yorkshire, G.B.); ma non si trattava di vere e proprie ferrovie. La prima linea a dentiera espressamente costruita per il trasporto di persone sembra debba datarsi al 1874, quando lo svizzero Niklaus Riggenbach costruì a Kahlenberg, nei pressi di Vienna, una linea con pendenza massima del 100 per mille, a scartamento normale. La dentiera, posta al centro della via tra le rotaie, era costruita come una scala, con i pioli rivettati a due piastre laterali distanziate di 127 mm; era costruita in tratte lunghe 3 metri, tra loro collegate da stecche e fissate alle traverse. Le rotaie di corsa erano del tipo usuale a base piana, da circa 20 kg/m. La locomotiva scelta, costruita dalle Schweizerische Lokomotiv- und Maschinenfabrik (SLM) di Winterthur, era a due assi con ruote di 650 mm di diametro; il cilindro, orizzontale ed esterno di 330 mm di diametro e 450 mm di corsa dello stantuffo, azionava un albero a gomito dotato di due pignoni ingrananti con due ruote dentate poste sull'albero della ruota dentata motrice. La caldaia era di tipo normale da locomotiva, di 9 kg/cmq di pressione. Nell'esercizio, le vetture viaggiatori erano poste al lato monte della linea e quindi, nella salita, erano spinte dalla locomotiva, senza nessun accoppiamento. La macchina disponeva di tre sistemi di frenatura indipendenti: due, meccanici comandati a mano, agenti l'uno sull'albero a manovella della macchina e l'altro su un tamburo calettato su un albero portante una ruota dentata ingranante nella dentiera e uno utilizzante il lavoro di compressione nel cilindro mediante immissione di aria dalla valvola di scarico. La macchina disponeva di un serbatoio per 1000 litri d'acqua e una provvista di 1,3 tonn. di carbone; il suo peso in ordine di marcia era di circa 20 tonn. con una forza di trazione (spinta) di 42 tonn.

La rotaia studiata dal Riggenbach presentava vari inconvenienti, non ultima la debolezza delle rivettature dei pioli e fu usata fino a che, nel 1882, Roman Abt presentò un altro tipo di dentiera di costruzione più semplice, ricavabile da una semplice barra (ved. oltre), che fu impiegata nel 1884 su una linea a Blankenberg nello Harz (Germania); subito dopo trovò impiego su una linea sul monte Snowdon, nel Wales (Inghilterra), di 76 cm di scartamento, lunga circa 7,5 km con un dislivello di 960 metri. La disposizione del treno era la stessa usata dal Riggenbach, con la locomotiva in spinta e le carrozze senza alcun accoppiamento; analoghi i freni meccanici e quello a compressione nel cilindro. La macchina era dotata di un particolare tipo di meccanismo, sistema Brown, nel quale il cilindro motore è disposto sopra il pianale e comanda le bielle motrici tramite un bilanciere; la caldaia, montata con una inclinazione di circa il 10% sull'orizzontale per garantire che sulla massima pendenza i tubi di acqua potessero restare scoperti, dava una pressione di circa 12 kg/cmq. La locomotiva era dotata di serbatoi di acqua da 2000 litri e di provvista di carbone per circa 600 kg; pesava 17 tonn. in ordine di marcia e poteva spingere un treno di 18,5 tonn. ad 8 km/h. La linea in questione è tutt'ora esistente e funzionante e va sotto il nome di Snowdon Mountain Railway.

La macchina a vapore era in realtà tutt'altro che adatta alla trazione sulle linee a dentiera, già per il fatto di dover avere la caldaia inclinata, ciò che spesso rendeva necessario perfino avere l'officina con il binario in pendenza e di conseguenza, appena il motore elettrico cominciò ad apparire affidabile, fu subito utilizzato. La prima linea a dentiera a trazione elettrica dovrebbe rimontare al 1887, quando la Daft Electric Co. di Leo Daft costruì la Pittsburg, Knoxville and St. Claire Street Ry., una linea urbana di 2500 metri di lunghezza con pendenza media del 60 per mille e massima del 155, impiegando una dentiera su ogni tratta al di sopra del 10 per mille, precauzione che oggi può parere eccessiva ma che allora era resa necessaria dallo stato in cui si trovavano le strade. La dentiera del Daft era costituita da una banda perforata in ferro, nei fori della quale si impegnavano i denti di una ruota motrice che poteva essere abbassata o alzata a mezzo di una vite comandata da un volantino.


Motrice a dentiera Daft.

La figura riporta una vista laterale e lo schema cinematico della motrice: un motore M da 30 CV comanda, attraverso una doppia riduzione A, B, un assale che a sua volta trasmette il moto all'altro assiale tramite le bielle esterne alle ruote; sul primo assale sono calettate due ruote dentate C che, attraverso due catene Galle X, azionano l'albero intermedio D che porta la ruota motrice Z destinata ad ingranare, se abbassata, con la dentiera. La motrice pesa 6 tonn e traina normalmente una rimorchiata da 5 tonn e 40 posti, alla velocità media di 10 km/h.

Tipi di dentiera

Sono stati utilizzati principalmente quattro tipi di dentiera.

Nota. - Nel seguito la ruota dentata che ingrana nella dentiera sarà sempre denotata con ruota motrice; qualora la ruota motrice non fosse quella che ingrana nella dentiera, ciò sarà esplicitamente dichiarato.


Tipi di dentiera.

In linea di massima, la dentiera che è stata più adottata è la Abt che, in virtù dello sfasamento delle piastre, porta ad una marcia abbastanza silenziosa e si presta a curve di ridotto raggio e a sforzi di trazione notevoli, eventualmente moltiplicando il numero di piastre; la Riggenbach è di costruzione più complessa, dà una marcia meno regolare della Abt e si ostruisce facilmente; la Strub ha trovato molte applicazioni in Italia; la Locher permette ai rotabili di resistere più efficacemente delle altre alla spinta laterale del vento, ma complica la costruzione dei rotabili (risulta impiegata nel solo impianto del monte Pilato in Svizzera). Per impianti che richiedono l'installazione della via su strada ordinaria, l'unica dentiera utilizzabile è, viceversa, la Riggenbach.

Riggenbach, Niklaus (1817-1899), ingegnere meccanico, progettista di locomotive, direttore della fabbrica di caldaie Kessler di Karlsruhe e successivamente capo reparto trazione nelle ferrovie della Svizzera centrale; è noto soprattutto per i suoi studi e le sue realizzazioni nel campo della trazione su linee a forte pendenza.
Abt, Carl Roman (1850-1933), ingegnere meccanico, presidente della ferrovia del Gottardo dal 1903, deve la sua notorietà essenzialmente alla dentiera di sua invenzione, che diverrà la più impiegata in assoluto nelle ferrovie di montagna.
Strub, Emil (1858-1909), inventore e costruttore svizzero; iniziò la sua attività con Riggenbach ad Aarau, passando successivamente nelle officine Hohenzollern (macchine a vapore) ed Esslingen (rotabili ferroviari) in Germania; dal 1888 ispettore delle ferrovie di montagna svizzere e poi della Berner Oberland Bahn. Il suo nome è legato alla omonima dentiera.
Locher, Eduard (1840-1910), fondatore, insieme al fratello Friedrich (1842-1906) della Locher & Co., ditta alla quale si devono numerose realizzazioni nelle costruzioni delle ferrovie svizzere; inventore della dentiera che porta il suo nome.


Riggenbach, Abt, Strub, Locher.

Trazione sulla via a dentiera

Consideriamo nel seguito la sola trazione elettrica per le linee a dentiera, affermatasi fin dall'ultimo decennio del 1800 per il peso ridotto degli apparati motori, la facilità di comando degli assali e il piccolo ingombro dei motori. Sono stati impiegati, nel tempo, sia locomotori per il traino di carrozze viaggiatori, sia automotrici, la prima soluzione essendo resa necessaria da treni di rilevante peso. Si possono avere due tipi base di motrici, ossia:

Circa le macchine ad azionamento composito, c'è da osservare che all'atto pratico finiscono per essere inutilmente complicate perchè, a causa del ridotto valore dell'aderenza, lo sforzo di trazione si localizza quasi completamente sulla ruota motrice. Oltre a ciò il complessivo motore-ruota motrice-rotaia-ruote a semplice aderenza-motore costituisce una catena cinematica chiusa che porta inevitabilmente ad una notevole usura del cerchione delle ruote ad aderenza.

Per rendersi conto di questo fatto, basta considerare un usuale carrello tramviario a motore unico che azioni entrambi gli assi (per es. il carrello a bielle delle tramvie dei Castelli del 1912 o il carrello monomotore Düwag degli anni Sessanta, tanto per citare due esempi tra loro distanti nel tempo). Il motore obbliga i due assi a ruotare alla stessa velocità, ma se un cerchio ha diametro un po' minore dall'altro, tenderà ad assumere una velocità maggiore, slittando e usurandosi e siccome non è semplice tornire esattamente uguali due cerchioni e gli stessi si usurano in modo imprevedibile; queste trasmissioni sono state sempre viste con sospetto.

Le macchine a doppio meccanismo sono necessarie su linee con lunghe tratte a semplice aderenza; si sono avuti esempi sia di macchine con motore unico accoppiabile alla ruota motrice o alle ruote ad aderenza, sia di macchine con motori distinti, soluzione migliore quest'ultima perchè la trazione a dentiera ha caratteristiche del tutto diverse da quella ad aderenza: nella prima si hanno elevati sforzi di trazione e velocità ridotte, al contrario della seconda.

Macchine a meccanismo unico

Trasmissione ad azionamento semplice

Una delle prime difficoltà che ebbero a superare i costruttori di macchine per dentiera fu che nella trasmissione dall'asse motore all'assale della ruota motrice occorre un rapporto elevato, specie con i motori bipolari di un tempo, a velocità elevata; non essendo possibile adottare un unico stadio di riduzione perchè, per quanto si facesse piccolo il pignone del motore, la ruota dentata accoppiata veniva ed essere di diametro maggiore della ruota motrice, il che non era ammissibile, salvo a praticare sulla via una specie di canale nel quale potesse entrare la ruota accoppiata, una soluzione certo non felice ma che fu talvolta tentata. D'altronde una doppia riduzione portava ad un aumento della distanza tra asse motore e asse della ruota motrice, con allungamento del passo della macchina. nocivo per il piccolo raggio delle curve presenti in molte linee.

A parte questa difficoltà, le motrici a meccanismo semplice constano di pochi elementi. Il pignone A del motore ingrana con una ruota sull'albero intermedio a, che mediante una seconda coppia di ingranaggi aziona l'albero b sulla sul quale è montata la ruota motrice Z.


Trasmissione in motrice a meccanismo semplice.

L'inconveniente del maggiore passo richiesto può essere ridotto disponendo l'albero intermedio in posizione sopraelevata rispetto alle altre ruote, anche se in questo modo si è costretti ad alzare il pianale della cassa, alzando il baricentro della vettura.


Sopraelevazione dell'albero intermedio.

Questa disposizione è stata utilizzata anche su truck a dentiera a due motori con questi ultimi montati al centro del telaio e non presso le ruote motrici (Chemin de fer de La Salève, ved. oltre), allungando però il passo, anche se di poco; qui, per evitare di alzare il pianale della cassa, le ruote dell'albero intermedio penetrano nella cassa, in alloggiamenti ricavati sotto i sedili longitudinali, soluzione poco felice.


Truck a due assi con albero intermedio sopraelevato.

Altra soluzione è di ricorrere agli assi cavi, disposizione particolarmente adatta nel caso di carrelli monomotori: la ruota motrice Z è calettata su un manicotto b (asse cavo) che ruota liberamente sull'assale di una coppia di ruote ad aderenza. L'attrito tra asse cavo e assale è ridotto in conseguenza della bassa velocità relativa dei due elementi.


Trasmissione ad asse cavo.

Qualora si vogliano adottare gli assi cavi su truck a due motori, sono possibili due soluzioni, con due ruote dentate motrici o ruota motrice unica.


Assi cavi su truck a due motori con ruota motrice unica o doppia.

La disposizioni indicate sono normalmente utilizzabili sia per locomotori che per automotrici; l'impiego di due motori permette di avere potenze globali dell'ordine del centinaio di CV e oltre anche su via a scartamento ridotto, molto usata in queste costruzioni. Qualora lo spazio lo consenta, la doppia riduzione permette il montaggio esterno degli ingranaggi della trasmissione (ved. oltre, linea di Barmen).

Nel caso dei locomotori, la maggior potenza che è necessario installare porta spesso all'impossibilità di montare i motori sui truck e gli stessi devono trovare posto all'interno della cassa, trasmettendo il moto alla ruota motrice a mezzo di ingranaggi od anche di bielle. Un'altra possibilità è di disporre gli alberi motori paralleli alla via e di trasmettere il moto ad un albero intermedio mediante una coppia di ingranaggi conici, dal quale con una coppia di ingranaggi cilindrici si azionano le ruote dentate motrici.

Trasmissione ad azionamento composito

La realizzazione di questa trasmissione è più semplice di quella dei sistemi precedenti per il minor spazio richiesto dal montaggio della ruota motrice; sono possibili due disposizioni, a seconda che la dentiera vada montata a filo della superficie stradale, come una totaia Phoenix, o possa essere montata libera.

Nel primo caso si può adottare una disposizione simile a quella con asse cavo, fondendo però in un unico asse l'asse cavo e l'albero delle ruote ad aderenza; la ruota motrice potrebbe avere anche lo stesso diametro delle ruote ad aderenza; in alcuni casi è aggiunto un innesto a denti tra l'ultima ruota dentata e la ruota motrice, per poter marciare con la sola aderenza e la ruota motrice semplicemente trascinata.

Nel secondo caso è possibile azionare ogni assale ad aderenza direttamente da un motore, come nell'usuale trazione tramviaria e azionare la ruota motrice della dentiera da questo mediante bielle o catene. Questa soluzione si presta anche alla dentiera a montaggio libero. Nella figura è data una soluzione a due motori per assale, che possono essere accoppiati elettricamente in serie, in serie-parallelo o in parallelo, rendendo molto flessibile il rotabile.


Trasmissione per azionamento composito.

Macchine a doppio meccanismo

Per linee nelle quali la parte a dentiera è di lunghezza ridotta rispetto a quella a semplice aderenza, è conveniente disporre di macchine nelle quali si possa passare in modo relativamente semplice dall'una all'altra modalità di trazione. Anche se in linea di principio sarebbe adatta allo scopo una qualsiasi disposizione ad azionamento composito con trazione a dentiera escludibile, tuttavia una tale soluzione non sarebbe conveniente dal punto di vista elettrico: motore e trasmissione per l'azionamento a dentiera devono fornire una forte coppia motrice a velocità basse, difficilmente superiori ai 10 km/h, mentre al contrario per la marcia a semplice aderenza si richiedono velocità comparabili con quelle di una ordinaria motrice tramviaria. Sono state suggerite soluzioni parziali del problema con impiego di due trasmissioni completamente distinte, l'una per la marcia in aderenza semplice e l'altra per l'azionamento a dentiera, ma i dispositivi meccanici necessari per collegare il motore all'una o all'altra trasmissione risultano eccessivamente complessi e ingombranti, senza contare che uno stesso motore appare inadatto per i due servizi. La soluzione migliore in questi casi è di avere equipaggiamenti completamente distinti per i due tipi di trazione, sempre che i rotabili offrano uno spazio disponibile.

Trasmissione per dentiera Locher

Le disposizioni precedenti sono applicabili alle dentiere Riggenbach e Abt; per la dentiera Locher ad ingranamento laterale, non essendo conveniente ricorrere a motori ad asse verticale, è necessario ricorrere ad una coppia conica posta sull'albero di rinvio per il comando delle ruote motrici, salvo aggiungere una ulteriore coppia cilindrica di riduzione, se necessaria, per ottenere la velocità adatta sulla dentiera. I meccanismi risultanti, tutt'altro che semplici e di notevole ingombro, hanno limitato l'impiego della dentiera Locher nonostante i suoi indubbi pregi.


Trasmissione per dentiera Locher.

Alcune realizzazioni

Linea del monte Salève*, 1892


Dinamo ad asse verticale con induttore ad anello a 12 poli della centrale di Arthaz, per la linea del monte Salève; motrice della linea.

Servizio con automotrici, azionamento semplice. E' stata la prima dentiera a trazione elettrica, aperta al traffico nel 1892-93 e chiusa nel 1931. E' composta di due linee che partono dalle località di Veyrier e Etrembières ai piedi del Salève, che si riuniscono a Monnetiers ad una terza linea che termina a Treize-Arbres, presso la sommità del monte, a 1142 m di altezza. Lo sviluppo totale delle tre linee è di 9,1 km, con pendenza media del 119 e massima del 250 per mille. La via, di 1000 mm di scartamento, è armata con rotaie Vignoles da 15,3 kg/m su traverse metalliche con passo 900 mm; è dotata, per tutta la lunghezza, di dentiera Abt a piastra unica sulle tratte inferiori al100 per mille e a piastra doppia sulle altre. L'alimentazione è in corrente continua a 600 V nominali, 560 V sulla linea, con presa di corrente da terza rotaia laterale, formata da una ordinaria rotaia a fungo montata su isolatori con la suola in alto, a circa 50 cm dalla rotaia esterna. La velocità dei treni varia da 5 a 10 km/h.


Rotaie di corsa e rotaia di presa di corrente.

Sulla linea circolano treni formati da motrici singole, lunghe 8500 mm, a tre assi con passo tra le sale estreme di 3280 mm e ruote da 600 mm. Gli assi, semplicemente portanti, hanno ruote folli e su quello centrale prive di bordino; la trazione è affidata a due coppie di ruote dentate motrici montate ognuna su un albero ausiliario e azionate, attraverso una coppia di ruote dentate cilindriche, da un motore Thury a quattro poli con eccitazione in serie a doppia riduzione da 30 CV a 600 g/m, potenza che può essere portata a 50 CV a 1200 g/m senza eccessivo surriscaldamento. I due motori di una motrice sono collegati permanentemente in serie e l' avviamento e la regolazione della velocità sono solo reostatici, a mezzo di un controller a 12 posizioni.


Cassa della vettura e telaio.

Sia i supporti dell'albero ausiliario che quelli della ruota motrice fanno parte di un unico complessivo, supportato in parte dall'asse centrale e in parte dall'asse di estremità più vicino; si hanno quindi tre alberi per ogni ruota motrice, il che porta a nove il totale degli alberi del rotabile, compresi quelli delle ruote portanti. Questo complicato meccanismo fa sì che dal peso di 2,6 tonn. per ogni singolo motore, si arrivi a 6 tonn. per ogni complessivo e ad un totale di 10,4 tonn. per la tara del rotabile, con un elevato peso specifico di 100 kg/CV e corrispondenti elevate perdite meccaniche, pari al 26%. Oltre a ciò, sembra che i numerosi ingranaggi portassero ad una marcia estremamente rumorosa del rotabile, che in molte fonti viene semplicemente definita sferragliante.


Complessivo di azionamento di una ruota motrice.

1, asse del motore (la ruota scanalata è il tamburo del freno a mano); 2, ingranaggio condotto dal pignone dell'asse motore, scarsamente visibile: 3, pignone sull'albero delle ruote 2; 4, ruota dentata condotta da 3; 5, ruota motrice; 6, cuscinetti per un assale portante.

Il freno di servizio è un freno azionato a mano, agente mediante ganasce su tamburi montati sui prolungamenti degli assi dei motori, raffreddabili all'occorrenza mediante un getto d'acqua prelevata da un serbatoio da 100 litri posto sotto la cassa e immesso nel foro centrale del tamburo. E' anche presente un freno elettrico reostatico da utilizzare però solo come freno di emergenza, per non surriscaldare ulteriormente i motori che sembra arrivino al capolinea in condizioni di temperatura estreme; l'assorbimento sulle tratte a massima pendenza è infatti di 115 A per motore, che arriva a 160 A in condizioni di massimo carico.

*Al confine tra Francia e Svizzera, nella Haute-Savoie, presso Ginevra.

Linea di Barmen*, 1894

Servizio con automotrici, azionamento semplice con asse cavo. Costruita nel 1894 dalla Siemens & Halske, lunga 1630 metri, con pendenza media del 100 per mille, massima 185 per mille, raggio minimo delle curva 150 metri; scartamento 1000 mm, binario in parte in sede propria con rotaie Vignoles e in parte in sede stradale con rotaie Phoenix, montate su traverse metalliche con passo di 1000 mm. La linea è armata con dentiera Riggenbach per tutto il percorso, con passo 75 mm e larghezza 90 mm, costruita in sezioni di 3 metri; l'alimentazione è da linea aerea di tipo tramviario, con presa di corrente a doppio archetto, a 500 V corrente continua. Per evitare scambi, alle stazioni di estremità un carrello trasbordatore elettrico su un binario perpendicolare a quelli di corsa sposta le vetture dall'uno all'altro binario. La velocità di marcia varia da 6,5 a 9 km/h a seconda della pendenza.


Sede del binario di Barmen; azionamento di un asse motore.

Le motrici, lunghe 8000 mm e larghe 2450, da 20 posti del peso di 9 tonn. a vuoto, sono a due assi, ognuno con una ruota motrice azionata da un motore con eccitazione in derivazione da 60 CV, attraverso una doppia riduzione ad ingranaggi esterni; il freno di servizio è elettrico a recupero di energia e permetterebbe di rinviare il linea dal 40 al 60% dell'energia spesa in salita (ci permettiamo di dubitare di queste cifre); essendo l'eccitazione in derivazione, il recupero avviene spontaneamente superata una certa velocità. Oltre a questo, ogni asse dispone di due freni a ganasce su tamburi, azionabili da entrambi i posti di condotta a mezzo di dispositivo a vite senza fine; indipendentemente da questi, un dispositivo a forza centrifuga aziona un freno a molla se il rotabile supera un valore prestabilito di velocità, circa 3,2 m/s, mentre nel caso in cui entrambe le ruote motrici si disinnestassero dalla cremagliera, un freno a cuneo viene inserito davanti alle ruote ad aderenza.

*Barmen, distretto urbano di Wuppertal, città del Nordrhein-Westfalen, Germania.

Linea di Laon*, 1899

Servizio con automotrici, azionamento composito. Linea di modesta estensione, 1479 metri di lunghezza dei quali 754 a dentiera Abt a doppia piastra; pendenza massima 129 per mille, esercitata da ordinarie motrici tramviarie a due assi con presa di corrente da filo aereo, di costruzione Thomson-Houston. Equipaggiamento a due motori da 45 CV con eccitazione in serie che azionano le ruote ad aderenza tramite una usuale coppia di ingranaggi; da ogni assale una catena Galle aziona una ruota dentata motrice, folle su un albero intermedio fisso. Il freno di servizio della motrice è l'usuale freno a mano agente sulle ruote ad aderenza, coadiuvato, se occorre, da un freno elettrico reostatico; un freno addizionale agisce, sempre con comando manuale, a mezzo di ganasce agenti su tamburi solidali alle ruote motrici.

Stando ad esperienze eseguite dalla Thomson-Houston, la motrice avrebbe potuto superare la pendenza massima della linea anche senza intervento della dentiera, nonostante che la tratta al 129 per mille si trovasse in una curva di 120 metri di raggio; si sarebbe ottenuta una velocità di 12 km/h con motori in parallelo e assorbimento di 160-180 A sotto 500 V, ossia una potenza da 80 a 90 kW.

* Laon, comune in Francia nel dipartimento dell'Aisne.

Lyon-St. Just, 1900

Servizio con locomotori, aionamento a doppio meccanismo e motori separati. I locomotori sono di costruzione SLM Winterthur, a due assi, con equipaggiamento elettrico Brown Boveri per l'esercizio di una parte ad elevata pendenza di una linea tramviaria tra il centro di Lione e la località Saint-Just; possono rimorchiare un carico di 28 tonn. alla velocità di 9 km/h su una pendenza del 190 per mille. La linea è a dentiera Abt e alimentazione a 500 V c.c..

Il locomotore è dotato di due apparati motori: una coppia di motori eccitati in serie da 25 CV, azionanti i due assi nel modo usuale; un motore con eccitazione in derivazione da 150 CV a 700 g/m, che aziona i due alberi portanti le ruote dentate motrici mediante una doppia riduzione. Nella marcia a semplice aderenza il motore da 150 CV resta inattivo e la marcia è regolata con il collegamento in serie e in parallelo dei motori da 25 CV, mentre nella marcia a dentiera sono attivi sia i motori da 25 CV, stabilmente collegati in serie, che quello da 150 CV; sulla tratta in pendenza la trazione è quindi simultaneamente a dentiera e a semplice aderenza. Nella marcia in discesa sulla tratta a dentiera il motore da 150 CV funziona da freno di mantenimento, recuperando energia che viene reinviata sulla linea di alimentazione; si può arrivare a recuperare fino al 60% dell'energia spesa in salita.

Oltre al freno a recupero, il locomotore dispone di due freni con comando a vite agenti, indipendentemente l'uno dall'altro, sulle ruote dentate motrici, un freno analogo agente sulle ruote ad aderenza, un freno automatico che agisce sulle ruote a dentiera se la velocità supera un certo limite o se manca la tensione di linea.

Linea del Monte Pilato*, 1888

Non dovremmo occuparci di questa linea, essendo a trazione a vapore; ma, tenendo conto che è l'unica applicazione della dentiera Locher, non è ammesso trascurarla.

Costruita nel 1886-1888, è lunga 4600 metri e arriva a 2073 metri di altezza superando un dislivello di 1630 metri; è caratterizzata da una pendenza elevatissima, del 480 per mille massima e 350 media, a causa della quale fu stabilito di utilizzare il sistema Locher; lo scartamento è di 800 mm. Le locomotive sono a due assi solamente portanti, con ruote prive di bordino per poter impegnare le strettissime curve della linea, la guida nelle quali è data dalla rotaia a dentiera sulla quale si impegnano ai due lati le ruote motrici ad asse verticale poste al lato valle della vettura, mentre l'equilibrio del rotabile è garantito da due rulli di guida che appoggiano sui fianchi del supporto della dentiera.

Una coppia di ruote dentate identiche è posta al lato monte come ulteriore guida del rotabile e per il prelievo del moto per l'azionamento di un freno automatico. Le ruote di guida lato valle sono azionate da due cilindri orizzontali attraverso bielle e manovelle; la caldaia lavora alla pressione di circa 12 kg/cmq. Il rotabile dispone di tre freni: un freno a mano sull'asse della manovella, un freno ottenuto comprimendo l'aria nel cilindro motore e un freno automatico agente su un tamburo collegato alla coppia di ruote dentate lato monte ed entrante in azione automaticamente al superamento di una determinata velocità. La locomotiva pesa 10,5 tonn. in ordine di marcia, con circa 650 litri d'acqua e 130 kg di carbone; la velocità normale è di 3,6 km/h.

Ogni treno è costruito secondo il sistema Rowan: una rimorchiata ad un solo asse appoggia da un lato sulle rotaie di corsa e dall'altro sul telaio della locomotiva; una normale rimorchiata è normalmente aggiunta in testa al treno. La linea sarà elettrificata nel 1937.

* Monte Pilato o Pilatusberg, presso Lucerna.

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Principali fonti.

A. Blondel, F. Paul-Dubois. La traction électrique sur vois ferrée, 1898.
H. Maréchal. Le chemins de fer électriques, 1904.
Tramway and Railway World, 1905-08.
Elektrische Bahnen, 1903-04.
La lumière électrique, nn. vari.
La nature, nn. vari.

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rev. B 11/09/21