De vraag naar de techniek van het railvervoer is een com-plexe en interessante vraag. Soms zo interessant, dat treinen en trams vooral als technische verschijnselen worden gezien.
Daarbij wordt vaak voorbij gegaan dat aan het feit dat ze bestaan omdat er maatschappelijke behoefte aan is; omdat de mens er zichzelf en z'n producten mee van A naar B kan vervoeren. Trein en tram bestaan in de eerste plaats omdat ze voor de mens een functie hebben.

Voortbeweging

Dat neemt niet weg, dat belangrijke technische ontwikkelingen de revolutie van trein en tram in het vervoer in de 19e eeuw mogelijk maakten. Elders spraken we in dit verband van de "ijzeren combinatie" van rails en stoommachine.
De vraag naar de techniek, naar hoe objecten werken, is immers in het transport vooral een vraag naar hoe ze worden voortbewogen. En voor de voortbeweging van treinen is de uitvinding van de stoommachine van doorslaggevende betekenis geweest. En andersom was de stoomtrein zo belangrijk voor de ontwikkeling van de industrie in de 19e eeuw, dat de stoomtrein, naast de fabriek, wel als een van de belangrijkste symbolen van de industriële revolutie wordt gezien.

Overigens werd in de 20e eeuw de stoom al snel ingehaald door andere voortbewegingstechnieken als de elektromotor en de verbrandingsmotor, waarmee elektrische treinen en trams en diesletreinen en trams gingen rijden.

In de beginne: mens en paard

Het railvervoer begon overigens niet met de stoommachine. Buiten Nederland werd het spoor al in de 16e eeuw gebruikt voor het vervoer van delfstoffen in de mijnbouw. Het waren mensen en paarden die voor de trekkracht (of duwkracht) zorgen. In Nederland wordt in 1820 voor het eerst melding gemaakt van industriespoor, ook al in de mijnbouw. Ook daar kwam nog geen stoom aan te pas.

Na de introductie van het railvoer voor personen in 1839 op de eerste spoorlijn in Nederland tussen Amsterdam en Haarlem, ging men ook in de steden nadenken over personenvervoer over rails. Maar stoomlocomotieven zag men liever niet in de smalle en toch al bedompte stads-straten.
Dus toen in de jaren 1860 en 1870 in ons land de lokale tram tot ontwikkeling kwam, werd dat een paardentram. Daar waren in het buitenland reeds sucesesen mee behaald, en bovendien was er ook in Nederland als ervaring met de paardenomnibus, een door paarden getrokken rijtuig voor openbar vervoer dat gewoon over de weg.

Stoomtrein en stoomtram

Ttreinen en interlokale trams werden in de 19e en het begin van de 20e eeuw vooral voortgetrokken door een stoomlocomotief. Zo ontstonden stoomtrein en stoomtram.
Zo'n stoomlocomotief bestaat eigenlijk uit twee hoofdonderdelen: de ketel die de stoom levert en de machine waarmee de wielen worden aangedreven. De ketel is een lang rond vat, gevuld met water. Deze ketel ligt bovenop de locomotief. Achter de ketel is het machinistenhuis waar de machinist en de stoker werken, beschermd tegen regen en wind. In dit machinistenhuis ligt ook de voorraad kolen die door de stoker in een kist gegooid worden. Deze kist is de vuurkist die achterin de ketel is ingebouwd. Door hitte van de brandende kolen in de vuurkist wordt het water in de ketel verwarmd. Voor extra hitte in de ketel liggen er vanuit de vuurkist een groot aantal pijpen door de ketel: zo kan ook via deze pijpen warmte aan het water worden afgegeven.

Het water in de ketel wordt door het vuur van de kolen in de vuurkist heet en vormt stoom. Deze stoom oefent druk uit. Iets vergelijkbaars gebeurt thuis als je tijdens het koken niet tijdig de deksel van de pan haalt: de stoom zal de deksel steeds iets optillen en laten klepperen. In de locomotiefketel kan de stoom echter niet weg en zo bouwt de druk zich steeds meer op. De machinist kan een kraan/afsluiter bovenin de ketel bedienen, waardoor de stoom naar de cilinders onderaan voor op de locomotief stroomt. Deze cilinder is een soort holle buis waar een plaat in heen en weer geduwd wordt door toedoen van de druk van de stoom. Via de stangen aan de locomotief wordt deze heen- en weergaande beweging overgedragen aan de wielen, die daardoor gaan draaien. Als de stoom zijn werk heeft gedaan blaast deze hard vanuit de cilinders door de schoorsteen naar buiten. Dit is het bekende tsjoekende geluid dat een stoomtrein maakt. Door de kracht van dit hele proces wordt bovendien het vuur in de vuurkist aangezogen en aangewakkerd. Zo houdt de locomotief genoeg warmte en stoom om door te kunnen blijven rijden, zolang tenminste de stoker zijn werk doet en regelmatig kolen op het vuur gooit en niet vergeet de ketel met behulp van een pomp met water bij te vullen.

Elektrische trein en elektrische tram

Al in de negentiende eeuw werd er onderzoek gedaan naar de elektrische aandrijving van treinen en trams. Vanaf het moment dat generatoren en motoren in de industrie gebruikt werden, kon elektriciteit ook toegepast worden bij de spoorwegen: pas op dat moment was er namelijk voldoende elektrische energie aanwezig om treinen met een elektromotor aan te drijven.
In 1842 bouwden de Engelsen een eerste elektrische locomotief, gevolgd door een motorwagen met batterijen vijf jaar later. Maar het was de Duitser Siemens die met het gebruik van sterk- in plaats van zwakstroom de eerste belangrijke resultaten bereikte. Zijn machine wordt algemeen gezien als de eerste elektrische locomotief.
Al in 1903 werd in Duitsland een wereldrecord met een trein rijdend op drie-fasen stroom bereikt. De trein reed 210 kilometer per uur.

De tijd werd rijp voor de elektrische trein en de elektrische tram. De opening van de eerste elektrische spoorweg in Nederland tussen Scheveningen-Den Haag en Rotterdam vond plaats in 1908. Vanaf de jaren 1920 werd het bestaande spoorwegnet van elektrische bovenleiding voorzien en gingen de elektrische blokkendoostreinen de reizigers vervoeren op de drukke trajecten in het westen van het land.
De eerste elektrische tram reed in ons land al eerder: in 1899 ging de eerste tram met bovenleiding rijden tussen Haarlem en Zandvoort, in 1900 kreeg Amterdam z'n eerste elektirsche tram.

In Nederland is een opvallend groot deel van het spoorwegnet al in een vroeg stadium 'elektrisch' gemaakt. Met name in het reizigersvervoer waren het dan ook de elektrische treinen die de stoomtreinen vervingen.
In Nederland reden en rijden de treinen met een netspanning van 1500 volt (inmiddels 1800) gelijkstroom. De trams gebruiken zo'n 700 volt. Tegenwoordig wordt in veel landen om ons heen echter wisselstroom gebruikt met een veel hogere spanning. Met een eenvoudiger bovenleiding en bijbehorende apparatuur kunnen hier sterkere en snellere treinen rijden.

Dieseltrein en dieseltram

De verbrandingsmotor berust op het principe van het omzetten van hitte in beweging. De brandstof verbrandt door middel van een explosie in de motor. De kracht van de explosie drijft de zuiger in de cilinder aan, waardoor de motor gaat draaien. Toen in de eerste helft van de 20e eeuw duidelijk werd dat het railvervoer gemoderniseerd moest worden, maar dat een elektrische trein vaak te duur of te ingewikkeld was, bracht de verbrandingsmotor uitkomst.

De eerste verbrandingsmotoren waren gasmotoren en bezinemotoren. Ook in treinen en trams werd eerst met bezinemotoren geexperimenteerd. Een groot deel van de treinen en trams met verbrandindgsmotoren die in de jaren 1920 in gebruik werden genomen om de railbedrijven in ons land te moderniseren, waren voorzien van een benzinemotor. Een echt succes was dit niet. Dat kwam pas nadat de bezninemotoren in de jaren 1930 door dieselmotoren werden vervangen.

Die werd in 1892 door de Duitser Rudolf Diesel uitgevonden en naar hem vernoemd. Later werd dit systeem verder ontwikkeld tot een krachtige verbrandingsmotor, die dankzij het gebruik van goedkope dieselolie een goed alternatief kon bieden voor de stoommachine, ook als aandrijvingssysteem van treinen. Deze aandrijving kon mechanisch zijn, maar ook verlopen via hydraulische tandwielkasten of een elektrische generator. In het laatste geval is sprake van een diesel-elektrische trein.
Op rangeerterreinen en zijlijntjes, maar ook bij het industriespoor werden dieseltreinen ingezet.

Treinstellen

Het overgrote deel van de reizigerstreinen in Nederland wordt vandaag de dag gereden met treinstellen. Bijna nergens ter wereld gebeurt dat op zo'n grote schaal. Treinstellen besparen tijd, mankracht en sporen. Een treinstel bestaat uit twee of meer rijtuigen die een vaste eenheid vormen. Een treinstel heeft aan de voor- èn achterkant een cabine voor de machinist.
Op het eindstation hoeft er dus niet mee te worden gerangeerd; de machinist loopt eenvoudig naar de andere kant van de trein en kan weer vertrekken! Bij een trein die is samengesteld uit losse rijtuigen, moet de locomotief meestal van de ene kant van de trein naar de andere gerangeerd worden.

Spoorwijdte

Vanaf het begin van de ontwikkeling van het spoor werden er verschillende breedtes spoor toegepast. De eerste rails voor vervoer in de mijnen werden gelegd op de in Engelse mijnen gebruikelijke maat van vier voet en acht-en-eenhalve duim (= 1435 millimeter).
Een aantal van de eerste spoorlijnen voor personen- en goederenvervoer werd op breder spoor aangelegd, zo ook het eerste spoor in Nederland. Tot 1855 reden de treinen op spoor van twee meter breed. In dat jaar werd het spoor in ons land net als in de landen om ons heen het "normaalspoor" van 1435 millimeter. Deze maat is tot op de huidige dag bij de spoorwegen in Europa, Noord-Amerika en China standaard.

Toch bleek het in sommige gevallen wèl praktischer een andere maat te gebruiken. Sommige landen kozen voor breder spoor en in Nederland bijvoorbeeld waren het vooral de tramrails en het industriespoor, die op smaller spoor (smalspoor) werden aangelegd. Dit materieel was lichter en ruim voldoende voor het bescheiden vervoer dat hier plaats vond. Bij de tram was het spoor meestal een meter of iets meer dan een meter breed. Het industriespoor was soms nog smaller: voor het vervoer van lichtere materialen was het spoor meestal 700 millimeter. Dergelijke rails kon ook makkelijk worden verlegd. Voor zwaarder materieel werd meestal spoor van 900 millimeter gebruikt.