Lausanne Metro Track Closeup.jpg | Wengernalpbahn_Zahnradbahnweiche_Lauterbrunn_800px.jpg Eine Zahnradbahn ist ein schienengebundenes Verkehrsmittel, das zur Überwindung großer Steigungen mit Hilfe eines oder mehrerer Zahnräder angetrieben wird. Hierbei greifen die Zahnräder in eine Zahnstange ein, die auf den Gleisschwellen verankert ist, um so den Vortrieb zu erzeugen.

Einleitung und Technik allgemein

Das System Stahlrad/Schiene stößt bei Steigungen an technische Grenzen, die durch die Haftung des Stahlrads auf der Schiene gegeben sind. Diese Grenze wird bei trockener Schiene bei einer Steigung von 16 % erreicht und bei nasser von 14 %. Um sicheren Betrieb zu gewährleisten, werden Bahntrassen allgemein mit bis zu 4 % Steigung angelegt. Ausnahmen sind z.B. in Frankreich die Linie Saint-Gervais - Vallorcine mit bis zu 9 % und die Straßenbahn in Lissabon mit bis zu 13,5 % Steigung.

Zahnradbahnen überwinden als Bergbahnen bis 48 % und als Anspannlokomotiven bis zu 50 %. Für Zahnradbahnen gibt es verschiedene Antriebsarten, die den betrieblichen Anforderungen entsprechend konzipiert sind:

Bei Bergbahnen, d.h. auf relativ kurzen aber steilen Strecken, ist der Zahnradantrieb ständig im Eingriff. Bei den mit Dampflokomotiven betriebenen Bahnen sind diese Zahnräder fest mit den angetriebenen Spurkranz-Stahlrädern verbunden; bei mit Elektromotor betriebenen werden meistens nur die Zahnräder über Getriebe angetrieben.

Bahnen, die sowohl flache als auch steile Strecken befahren, werden mit einem kombinierten Antrieb ausgerüstet, d.h. die Bahn wird normalerweise konventionell über die Stahlräder angetrieben und bei Steigungen zusätzlich über Zahnräder, die über Getriebe zugeschaltet werden. Hierdurch können auf den ebenen Streckenabschnitten mit allein dem konventionellen Antrieb höhere Geschwindigkeiten gefahren werden. Wenn bei diesen Bahnen der konventionelle Antrieb sehr stark überwiegt, spricht man meist nicht von einer Zahnradbahn, sondern von einer Eisenbahn mit Zahnstangenabschnitten.

Ein Sonderfall ist die Bahn für die Anspannlokomotiven, mit denen die Schiffe durch den Panamakanal getreidelt werden. Um die Zugkraft der Loks zu erhöhen, wurde sie als Zahnradbahn gebaut. Der Zahnradantrieb bewegt hier also die Loks sowohl auf den ebenen Strecken wie auch auf den Rampen bei den Schleusen, die Steigungen bis zu 50 % haben.

Viele ursprünglich mit Dampf betriebene Bahnen wurden auf elektrischen Antrieb umgebaut.

Systeme

Die vier weltweit bekanntesten Zahnstangensysteme wurden bis auf eine Ausnahme (siehe unten) von Schweizern entwickelt und nach ihnen benannt:

Zahnradsysteme.JPG

• System Riggenbach: Niklaus Riggenbach, Leiterzahnstange; In ein U-förmiges Profil sind die Zähne als Sprossen eingesetzt.
• System Strub: Emil Strub, Zahnkopfstange (auch Strubsche Breitkopfschiene genannt); Die Zähne sind in eine der Keilkopfschiene ähnlichen Schiene eingefräst. Durch Haken, die um den Schienenkopf herumgreifen, soll bei besonders steilen Abschnitten ein Aufklettern verhindert werden, d. h. die Lokomotive kann durch die an den Zähnen auftretenden Kräfte nicht aus dem Gleis gehoben werden.
• System Abt: Carl Roman Abt, Lamellenzahnstangen; Eine, zwei oder drei Zahnstangen liegen gegeneinander verschoben mit den Zähnen nach oben im Gleis; ein entsprechendes Zahnrad greift von oben ein. Besonderer Vorteil bei Verwendung mehrerer Lamellen ist die gleichmäßigere Kraftübertragung, da sich immer mindestens ein Zahn im Eingriff befindet. Technisch eng mit dem System Abt verwandt ist das System von Roll. Es gibt für diese Zahnstange Sicherungen gegen Aufklettern in Form eines Spurnagels, der zwischen zwei Lamellen durchreicht und dessen Kopf in die Unterseite der Lamellenzahnstangen eingreift. Dazu müssen die Zahnstangen allerdings so befestigt werden, dass für den Nagel ein freier Lichtraum gegeben ist.
• System Locher: Eduard Locher, Fischgrätenzahnstange; Eine Doppelzahnstange mit Zähnen auf der linken und rechten Seite liegt im Gleis, die Zahnräder greifen von der Seite aus ein. Auch dieses System soll ein Aufklettern verhindern, da die auftretenden Kräfte an den Zähnen in waagrechter Richtung wirken und sich gegenseitig aufheben. Das System Locher wurde bislang nur bei der Pilatusbahn verwendet.

• System Wetli: Kaspar Wetli, das bei der Wädenswil-Einsiedeln-Bahn zur Verwendung finden sollte, kam auf Grund eines Unfalles am 30. November 1876 nie zur Anwendung.
• System Marsh: Sylvester Marsh, Leiterzahnstange mit Zähnen aus Rundprofil; wird bei der ab 1866 gebauten und 1869 fertiggestellten Mount Washington Cog Railway eingesetzt.
• System von Roll: Firma von Roll, Lamellenzahnstange; wie beim System Abt besteht diese Zahnstange aus einem Flachstahl, in den die Zähne mit der Verzahnungsgeometrie der Systeme Riggenbach oder Strub eingefräst werden. Die Zahnstange kommt in erster Linie bei Neubauten sowie beim Ersatz alter Zahnstangen nach den Systemen Riggenbach respektive Strub zur Anwendung, da sie in der Herstellung günstiger ist, als Riggenbach oder Strub.
• Sonderbauarten: Bei den Treidellokstrecken des Panamakanals werden zur Überwindung der Höhenunterscheide an den Schleusen spezielle Zahnstangen verwendet, die jedoch auch auf dem System von Riggenbach beruhen. Daneben gab es noch eine leicht veränderte Bauweise der Riggenbachschen Zahnstange, der Bauart "Riggenbach-Klose" genannt wurde.

Geschichte

Die Erfindung des Zahnradantriebs für Eisenbahnen geht zurück zu den Anfängen der Dampflokomotiven:

1804 hatte Richard Trevithick die erste Dampflokomotive der Welt für die Merthyr Tramroad der Pen-y-Darren Eisenhütte in der Nähe von Merthyr Tydfil in Wales, Großbritannien gebaut. Diese Lokomotive war aber zu schwer für die gusseisernen Schienen, die für von Pferdegespannen gezogene Wagen ausgelegt waren. Da die Schienen immer wieder brachen, wurde der Betrieb nach wenigen Monaten eingestellt.

1811 erhielt John Blenkinsop in England das Patent Nr. 3431 für seine Erfindung, Dampflokomotiven über Zahnräder anzutreiben, die in außerhalb, parallel zur Schiene angebrachten Zahnstangen eingriffen. Die erste Zahnradbahn der Welt wurde von ihm als Industriebahn konstruiert und führte von der Kohlenzeche in Middleton nach Leeds in England. Sie nahm ihren Betrieb am 12. August 1812 auf.

1814 baute George Stephenson die Lokomotive Blücher für die Killingworth Kohlenzeche, die Stahlräder mit Spurkranz hatte und auf Stahlschienen den Vortrieb allein nach dem Prinzip der Haftung/Adhäsion erzielte. Dieses System setzte sich von nun an allgemein durch.

Um 1848 entwickelte der Amerikaner Andrew Cathcart für die Steilstrecke (6%!) der „Madison & Indianapolis Railroad“ aus dem Ohiotal heraus eine gußeiserne Lamellenzahnstange. Diese wurde aber bereits 1868 ausgebaut, als die Lokomotiven stärker wurden.

Das Prinzip des Zahnradantriebs wurde wieder aufgegriffen, als in den sechziger Jahren des 19. Jahrhunderts die Natur touristisch erschlossen wurde und Eisenbahnen Berge erklimmen sollten:

Die erste Bergbahn der Welt mit Zahnradantrieb wurde ab 1866 von Sylvester Marsh errichtet. Sie erklimmt den Mount Washington, New Hampshire, USA und wurde 1869 eröffnet.

Die von Niklaus Riggenbach konstruierte Vitznau-Rigi-Bahn wurde 1871 eröffnet und ist die erste Bergbahn mit Zahnradantrieb Europas. Sie führt von Vitznau auf den Berg Rigi nahe Luzern, Schweiz.

Älteste aktive Zahnradbahn Deutschlands ist die am 13. Juli 1883 in Betrieb genommene Drachenfelsbahn.

Die weltweit steilste Zahnradbahn ist mit einer maximalen Steigung von 48 % die 1889 eröffnete Pilatusbahn bei Luzern in der Schweiz. Extra für diese Bahn wurde von Eduard Locher das nach ihm benannte Zahnradsystem entwickelt.

Liste der Zahnradbahnen

Weblinks

• Zahnradbahnen

Zahnrad | Zahnradbahn | Schienenverkehr

Tandhjulsbane | Rack railway Ferrocarril de cremallera | Chemin de fer à crémaillère | Jalur rel gigi | Ferrovia a cremagliera | ラック式鉄道 | Tandradspoorweg Cremalheira#Sistema de cremalheira em ferrovias | Kuggstångsbana | 齒軌鐵路