Zahnrotation

Eine Zahnradbahn ist ein schienengebundenes Verkehrsmittel, das zur Überwindung großer Steigungen mit Hilfe eines oder mehrerer Zahnräderangetrieben wird. Hierbei greifen die Zahnräder in eine Zahnstangeein, die auf den Gleisschwellenverankert ist, um so den Vortrieb zu erzeugen.

Einleitung und Technik allgemein

Das System Stahlrad/Schienestößt bei Steigungen an technische Grenzen, die durch die Haftung/Adhäsiondes 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 mit allgemein 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 Bergbahnenbis 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 Elektromotorbetriebenen 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 Panamakanalgetreideltwerden. 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:

• System Riggenbach: Niklaus Riggenbach, Leiterzahnstange; In ein U-förmiges Profil sind die Zähne als Sprossen eingesetzt. Zeitgleich mit Riggenbach erfand vor 1866 Sylvester Marshein ähnliches System, das in Amerika "System Marsh" genannt wird.
• System Strub: Emil Strub, Zahnkopfstange (auch Strubsche Breitkopfschiene genannt); Die Zähne sind in eine der Keilkopfschieneähnlichen Schiene eingefräst. Durch Haken, die um den Schienenkopf herumgreifen, soll bei besonders steilen Abschnitten ein Aufklettern verhindert werden, d. h. die Lokomotivekann 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.
• 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 sie auftretenden Kräfte an den Zähnen in waagrechter Richtung wirken und sich gegenseitig aufheben. Das System Locher wurde bislang nur bei der Pilatusbahnverwendet.

System Riggenbach

System Strub

System Abt

System Locher

Weitere Systeme:

• System Wetli: Kaspar Wetli, das bei der Wädenswil-Einsiedeln-Bahnzur Verwendung finden sollte, kam auf Grund eines Unfalles am 30. November 1876 nie zur Anwendung.
• System Marsh: Sylvester Marsh, wird bei der 1869 erbauten Mount Washington Cog Raileigesetzt, und sieht dem System Riggenbach änlich.

Geschichte

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

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

1811erhielt John Blenkinsopin Englanddas 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 Industriebahnkonstruiert und führte von der Kohlenzeche in Middletonnach Leedsin England. Sie nahm ihren Betrieb am 12. August1812auf.

1814baute George Stephensondie 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.

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

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

Die von Niklaus Riggenbach konstruierte Vitznau-Rigi-Bahnwurde 1871eröffnet und ist die erste Bergbahn mit Zahnradantrieb Europas. Sie führt von Vitznauauf den Berg Riginahe Luzern, Schweiz.

Älteste aktive Zahnradbahn Deutschlands ist die am 13. Juli1883in Betrieb genommene Drachenfelsbahn.

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

Liste der Zahnradbahnen

Auswahl:

Weblinks

• Zahnradbahnenda:Tandhjulsbane

en:Cog railway fr:Chemin de fer à crémaillère id:Jalur rel gigi it:Cremagliera ja:?????? nl:Tandradspoorweg pt:Cremalheira sv:Kuggstångsbana zh:????

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