Rack jernbane

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Rack jernbane på Schafberg

En rackbane er et jernbanebundet transportmiddel , hvor drivkraften mellem lokomotivet og vejen overføres positivt ved hjælp af et tandhjulsdrev . Et eller flere gearhjul, der drives på trækkøretøjet, griber ind i et stativ, der er fastgjort til svellerne mellem de to skinner.

På denne måde kan der forhandles betydeligt større gradienter end med et vedhæftningsdrev :

  • Adhæsionsspor op til en gradient på cirka 75 ‰,
  • Rack jernbaner op til en skråning på omkring 300 ‰.

For jernbaner i bjergene er der ofte kun korte afstande til rådighed for at klare de betydelige højdeforskelle. Større stigninger skal mestres, end vedhæftningsdrevet (drejning af de drevne hjul på skinnerne på stejle stigninger) tillader. Den Schafbergbahn overvinder stigninger på omkring 250 ‰, det Pilatusbahn usædvanligt op til 480 ‰ (to vandrette tandhjul forhindrer hinanden fra at skubbe hjulene ud af stativet), trækkende lokomotiv (bugsering lokomotiv ) rejser alene på Panamakanalen op til 500 ‰ . Der er også tandhjulsbaner på stejle skråninger i byer.

Den vertikale stigningshastighed for stativbanerne er normalt højere end for bjergbaner med et vedhæftningsdrev. [1]

Oversigt

Der findes forskellige former for drev til rackbaner, som er designet i henhold til de operationelle krav. Der skelnes mellem rene tandhjulsbaner og jernbaner med blandet vedhæftning og geardrev .

Rene tandhjulsbaner og ruter med blandet vedhæftning og tandhjulsdrift

Blandet skinne: Adhesion railcar skubbet af et tandstangslokomotiv på Rittner Bahn i de første par års drift

I rene tandhjulsbaner - mest bjergbaner et par kilometer lange - er geardrevet konstant i gang. Lokomotivernes løbehjul køres normalt ikke. Køretøjerne kan ikke bevæge sig på ruter uden stativ, hvorfor de relativt korte flade sektioner i terminalstationerne og indgangene til værkstedet normalt er udstyret med stativer.

Tidligere bestod togene på de rene tandhjulsbaner af et lokomotiv og en til tre biler, afhængigt af stigningen. Lokomotivet var altid arrangeret ned ad bakke, så bilerne blev skubbet op ad bakke, og installationen af ​​de to obligatoriske mekaniske bremser var begrænset til lokomotivet. I dag bruges flere enheder eller flere enheder mest.

Jernbaner med blandet vedhæftning og tandhjulsdrift blev bygget, hvor der kun er enkelte sektioner med stejle stigninger. I sådanne jernbaner er lokomotiverne udstyret med et kombineret drev. Af og til er der separate drev til skovlhjulene og gearet. Der var også jernbaner, hvor vedhæftningsskinnevogne blev skubbet ind på stativdelene på rack-og-pinion lokomotiver (f.eks. Stansstad-Engelberg-Bahn eller Rittner Bahn ).

Fordelen ved blandede drev er, at hvor gearet ikke er i mesh, kan det køres med en højere hastighed. På stativafsnit er hastigheden begrænset til 40 km / t i henhold til schweiziske regler [2], som for det meste bruges som reference i dette område. Nogle af bilerne skal i hvert fald være udstyret med bremsegear.

Trækkøretøjer til jernbaner med blandede reoler er mere komplicerede end rene vedhæftningskøretøjer. Zentralbahn og dens forgængere skaffede trækkøretøjer uden tandhjulstræk til den omfattende trafik på dalruterne. På den anden side er de vogne i Rhaetian Railway, der kan overføres til Matterhorn-Gotthard Railway , som ikke betjener nogen stativ sektioner, udstyret med bremsegear.

Se også: Afsnit motorkøretøjer til rene tandhjulsbaner og motorkøretøjer til blandede jernbaner

Racks på funiculars

Nerobergbahn, vandballastbane med tandhjul og tandhjulsbremse

Frem til 1890'erne blev stativer brugt som bremseenheder til kabelbaner .

Til Stanserhornbanen , der åbnede i 1893, udviklede Franz Josef Bucher og Josef Durrer en tykkelsesbremse, der klarede sig uden et dyrt stativ. [3]

Nerobergbahn i Wiesbaden , der stadig er i drift, har et bremsestativ. Inden renoveringen i 1996 havde Zürcher Polybahn og den nedlagte Malbergbahn i Bad Ems et bremsestativ.

Bugsering af lokomotiver

Bugsering af lokomotiver, Panamakanalen

Skibe slæbes gennem sluserne i Panamakanalen med slæbelokomotiver . For at øge lokomotivernes trækkraft ligger racket kontinuerligt i slæbebanerne, dvs. også i de vandrette sektioner.

De betydelige laterale trækkræfter, der opstår, når man trækker skibene, optages af vandrette styreruller. Disse ruller på stativernes flanker, der ligner Riggenbach -typen.

I parallelsporene til de tomme tilbageløb er der kun stativer i de korte, men op til 500 ‰ stejle ramper ved siden af ​​låsehovederne.

Målestok

Rackbaner kan bygges i en hvilken som helst måler, så længe det gør det muligt at installere rackdrevne i drevene. De ældste tandhjulsbaner i Schweiz er standardmålere , enten fordi en anden måler ikke var tilladt før 1872 [4] eller for at muliggøre overgangen til nabostandardmåleruter. Køretøjer med standard og meter gauge tog er mindre tilbøjelige til at vælte end dem med 800 millimeter gauge , hvilket er særlig vigtigt i tilfælde af Føhn storme . Standard- og bredsporede jernbaner tillader større transportkapacitet, men på grund af de potentielt tungere køretøjer kræver de en mere massiv konstruktion af overbygningen og underbygningen samt større lysbueradier. Fordi disse betingelser ofte ikke er opfyldt af bjergbaner, er størstedelen af ​​tandhjul og tandhjulsbaner meter-gauge, sjældnere regelmæssig-gauge. Bredsporede tandhjulsruter er en undtagelse på grund af den lave forekomst af bredsporede linjer. Et eksempel er afsnittet Raiz da Serra - Paranapiacaba på Santos - Jundiaí -linjen i den brasilianske delstat São Paulo med en måler på 1.600 millimeter.

Fordele og ulemper

Rackbaner kan være meget kraftfulde. Den illustrerede firdelte tandhjuls multipleenhed i Perisher Skitube i Australien kan køre i dobbelt trækkraft og dermed transportere 1768 passagerer.
Tog må ikke køres på stigninger på mere end 250 ‰. Individuelt kørende jernbanevogne i 5099 -serien på den 255 ‰ stejle Schafbergbahn i Østrig.

Rackbaner bruges mellem vedhæftningsbaner og svævebaner . Rackbaner er særligt velegnede til at åbne trafik til terræn med forskellige topografiske egenskaber, hvor skiftevis flade og stejle strækninger af ruten kan køres kontinuerligt i adhæsion eller tandhjulsmodus. Derudover er de berettigede i tilfælde af relativt lange stejle strækninger med stor påkrævet transportkapacitet. Dens ubegrænsede rutelængde er fordelagtig, hvorved jernbanen kan bygges til valgfri vedhæftning og tandhjulsdrift afhængigt af terrænet. Desuden kan hældninger og faldninger skiftevis. Det er mere komplekst at betjene en traktor end at betjene en jernbane med blandet rack. Typiske eksempler på ruter, der er integreret i jernbanenettet, er Matterhorn-Gotthard-Bahn og Zentralbahn , som ikke kun tjener turisme, men også regional udvikling for lokalbefolkningen.

omkostninger

De høje investeringsomkostninger er ugunstige, især hvis ruterne skal lægges i vanskeligt terræn. Anlæg af kørebanen og konstruktion af broer, tunneler og barrierer mod faldende sten og laviner er dyre, så konstruktionen af ​​en rackbane kan være betydeligt dyrere end en kabelbane . De særlige designs på køretøjer og skinner er også omkostningskrævende. I 1991 planlagde den daværende jernbane Lucerne-Stans-Engelberg at øge sin transportkapacitet. Prisen på en kraftfuld dobbelt multipel enhed med 2100 kW for en stigning på 246 ‰ blev anslået til 16 millioner schweiziske franc, lige så meget som for et kort intercity -tog med et 2000 -lokomotiv og fem Eurocity -biler . Alene udskiftning af de otte eksisterende BDeh 4/4 flere enheder ville have kostet omkring 130 millioner franc. I stedet foretrak de at bygge Engelberg -tunnelen, der var budgetteret til 68 millioner franc, med en 105 ‰ gradient. [5]

Kørehastighed

En anden ulempe er de relativt lave kørehastigheder, især af sikkerhedsmæssige årsager ved nedkørsel med hensyn til sikker opbremsning under normal drift og i nødstilfælde.

Maksimal hastighed, når du kører ned ad bakke på tandstangssektioner i km / t (uddrag) [6]
Køretøjstype / hældning ≤ 20 ‰ 60 ‰ 90 ‰ 120 ‰ 160 ‰ 250 ‰ 300 ‰ 480 ‰
Ældre køretøjer (bygget før 1972) 35 28 22.5 19. 16 12. 10.5 6.
Moderne bogiebiler 40 39 32 27.5 23 17.5 15. 9

Kørehastigheden kan være højere, når du kører op ad bakke. Det bestemmes i det væsentlige af lokomotivets trækkraft. [5]

Egnethed til godstransport

Tandhjulsbanen er velegnet til både person- og godstransport, hvilket er særlig vigtigt for linjer, der betjener regional udvikling. Matterhorn Gotthard Railway (MGB) og Wengernalp Railway spiller en vigtig rolle i udviklingen af ​​de bilfrie områder i Zermatt og Wengen . MGB åbnede også en byggeplads for Gotthard Base Tunnel og kørte godstog med byggematerialer hver dag. Der er eller var tandhjulsbaner, der næsten udelukkende eller helt er beregnet til godstransport, som f.eks B. jernbanelinjen mellem São Paulo og havnebyen Santos i Brasilien, den nedlagte kultransportlinje Padang - Sawahlunto fra de indonesiske statsbaner [7] eller tidligere Transandenbahn mellem Chile og Argentina eller ruten til opførelsen af ​​Gotthard Basistunnel nær Sedrun .

De for det meste meget korte fabriksbaner udgjorde en lille del af verdens tandhjulsruter. De fleste af de industrielle jernbaner i Tyskland blev primært bygget til minedrift og tung industri .

Miljøaspekter

Smør indskud på et stativ på Appenzeller Bahnen
På grund af den større miljøpåvirkning bruges et dieselelektrisk tandhjulslokomotiv af det elektrisk drevne Matterhorn-Gotthard-Bahn stort set kun til snerydningsture.

Selvom stativbaner og vedhæftningsbaner er miljøvenlige transportmidler, kan visse negative påvirkninger næppe undgås. Anlæg af ruten fører til strukturelle indgreb i naturen for al landtransport. Takket være muligheden for stejle linjer kan der dog vælges en kort rute og sporet monteres i terrænet. At krydse skove er et spor i højskoven på cirka ti meter i bredden nødvendig (uden for en smal korridor, men en lav skovstrimmel er mulig. Niederwald er et værdifuldt levested, der er blevet sjældent siden 1950'erne). Vilde dyr vænner sig til jernbanedriften og generes ikke af togene. [9]

Energiforbruget til rackbaner er betydeligt højere end i vedhæftningstilstand. Et 50-tons tog har brug for omkring 30 kWh / km for at klare hældningsmodstanden på en 250 ‰ gradient. En del af dette kan dog genoprettes ved hjælp af den elektriske genopretningsbremse . [10] Elektriske drev fører til højere byggeomkostninger end jernbaner, der drives med dieselmotorer. De er dog mere effektive, lokalt emissionsfrie og producerer mindre støj.

Som alle bevægelige gear har et geartog brug for smøring, typisk med fedt. Dette er forbrugssmøring , så smøremiddel forbliver på stativet. Mængden af ​​smøremiddel, der kræves, afhænger meget af vejret og er højest i en snestorm. [11] Smøremiddel kan f.eks. B. vaskes i jorden ved nedbør. For at undgå miljøskader må der ikke bruges almindeligt maskinfedt (mineralolieprodukt), men kun forholdsvis dyrt - og mindre temperaturbestandigt - vegetabilsk eller animalsk fedt. [12]

teknologi

Gearets indgreb i stativet på en rackbane
3) Gearhjulets teoretiske spidscirkel (lidt større med hensyn til pladsbehov)
4) stativets teoretiske hovedlinje (lidt højere med hensyn til pladsbehov)

Når man skelner mellem forskellige tekniske løsninger, taler man om forskellige reolsystemer . Kun stativerne adskiller sig markant, mens gearene alle ligner hinanden.

Racksystemer

Racksystemer Riggenbach , Strub , Abt (med tre “lameller”) og slag

De fire mest kendte reolsystemer i verden bærer navnene på deres respektive opfindere, som alle var schweiziske :

1. System Riggenbach: stigeholder (rund bolt mellem to profilstænger),
2. Strubbesystem: tandstativ ("tandskinne"),
3. System Abt: 2 eller 3 parallelle stativer ("lameller"),
4. Hulningssystem: tandstativ liggende på siden med modstående tænder.

Dine løsninger har alle bevist sig lige fra starten. De blev ofte varieret af andre designere, men ingen af ​​dem skulle ændres fundamentalt over tid (variationen påvirkede generelt kun skinnen og forbindelsen mellem tænderne og den).

Stige stativer

Racksystem Riggenbach
Lavtliggende Riggenbach-stativer i en switch: alle mellemskinner (grøn) og tandede skinnestykker (rød) drejes samtidigt (fælles aktuator)
System Riggenbach
Riggenbachs stativ blev patenteret i Frankrig i 1863. Tænderne bruges som trin mellem to U-formede profiler. Oprindeligt blev de nittet, i dag er de svejset. Dette design er kendetegnet ved trapezformede tænder, som muliggør ufrivillige tænder og dermed konstant kraftoverførsel. Undersøgelser viste, at den introducerede tandform var optimal. Deres flankevinkler blev også vedtaget til de senere stativdesigner. [13] Riggenbach -stativet er robust på grund af sin massive konstruktion, kan fremstilles med enkle midler og er det næststørste af alle systemer. [14]
jernbanerne på Rigi, der gik i drift fra 1871 til 1875, stikker tandhjulene ned under skinnernes overkant. På Rorschach-Heiden-Bergbahn (RHB), der åbnede i 1875, er tandhjulets spidscirkel placeret over skinnens øverste kant , så lokomotiverne kan komme ind på Rorschach- stationen ved hjælp af konventionelle kontakter.
Da stativet ikke kan bukkes bagefter (høj bøjningsstivhed af de to profilstænger monteret parallelt), skal stativsektionerne fremstilles præcist til den nødvendige radius i hvert tilfælde. En tandstangslinje er derfor planlagt på en sådan måde, at den kan oprettes med så få grundelementer som muligt. For eksempel på de 9,3 km lange stativafsnit af Brünigbahn er der kun kurver med en radius på 120 meter.
Installation af Riggenbach -stativer i punkter kræver særlige designs. De to U-profiler divergerer i switch-enhedens område, trinene forlænges tilsvarende. Hvis der er tilstrækkelig afstand, deler stativet sig i to tråde. Højtliggende stativer føres over skinnerne. Racksektionen, der krydser mellemskinnen, der skal køres på, vendes væk til siden. I tilfælde af dybe stativer flyttes mellemskinnerne sammen med stativerne, i første omgang blev der brugt overførselsplatforme, mens i dag Riggenbach -stativet inden for en konventionel switch bl.a. erstattes af et bøjeligt stativ (se afsnittet kontakter og andre sporforbindelser ).
Riggenbach -stativet er monteret på stålsadler eller fastgjort direkte til svellerne. Ved brug af de relativt smalle sadler skubbes sneen også ned på disse punkter og komprimeres ikke mellem U-profilerne.

Der er også forskellige modificerede typer:

  • System Riggenbach -Pauli - Arnold Pauli [15]
Racksystem Riggenbach-Pauli
Racket forbedret af Maschinenfabrik Bern (senere Von Roll) muliggør mindre kurveradier. “Tænderne” (boltene) er monteret højere (tandhjulet dypper ikke så dybt ned i de to profilstænger).
Riggenbach-Pauli-stativet blev første gang brugt i 1893 på Wengernalp- jernbanen og Schynige Platte-jernbanen . [16]


  • Systemer Riggenbach-Klose og Bissinger-Klose - Adolf Klose
Racksystem Riggenbach-Klose
For at boltene med tandprofilen ikke kan vride, hviler de med deres flade underside på en ribbe, der også indsættes vandret mellem de to stænger.
Stigestativ (Riggenbach specialkonstruktion, højre) til planovergange
Dette noget mere komplekse system blev kun brugt som Riggenbach-Klose rack til Appenzell sporvogn St. Gallen-Gais-Appenzell og på Freudenstadt - Baiersbronn ruten til Murgtalbahn og som Bissinger-Klose system til Höllentalbahn og Honau-Lichtenstein tandhjulstog .
  • System Riggenbach: Specialkonstruktion til planovergange
Under renoveringen af ​​et afsnit med et Strub-stativ (se nedenfor), byggede St. Gallen-Gais-Appenzell-Altstätten-Bahn et særligt design af et Riggenbach-stativ uden hævede kinder til to planovergange [17] (se også billedet til venstre i stativsystemafsnittet ).
  • System Riggenbach: Panamakanalen
bugseringsbanenPanamakanalens bredder bruges specielle stativer til at overvinde højdeforskellene ved sluserne , som også er baseret på Riggenbach -systemet.
  • System Morgan - Edmund C. Morgan
System Marsh: bolte mellem L-profiler
Morgan udviklede et system relateret til Riggenbach -stativet, der brugte stativet som den tredje skinne til at drive det elektriske lokomotiv. Systemet er blevet brugt i miner i USA og af Chicago Tunnel Company .

Racksystem Marsh
Systemet består af en stigerække med tænder lavet af en rund profil mellem to stænger med en L-profil (U-profil ved Riggenbach). Den bruges på Mount Washington Cog Railway , bygget fra 1866 og færdiggjort i 1869, og blev også brugt til stenbrudsbanen i Ostermundigen nær Bern. [18] I modsætning til Riggenbach opgav Marsh stort set til kommercialisering af sit system.
På Ostermundigen industribane, som åbnede i 1871, blev stativerne flyttet så høj, at spidsen kreds af tandhjulene var så langt over den øverste kant af skinnen, at lokomotiver kunne bruge kontrolpunkter i Ostermundigen station. [3]

Aligners

Racksystem Strub
System Strub
Bremse på Strubbeholder
Nyt Strub -stativ med tydeligt genkendelig skinneprofil
Strub bredfodede skinne med ufrivillige tænder er det yngste af de tre systemer med tænder, der peger opad ( Riggenbach, Strub og Abt ). Den første ansøgning var Jungfrau -jernbanen i Berner Oberland . Geartogene, der blev bygget siden, brugte hovedsageligt kun dette stativ. Imidlertid forblev deres fordeling lav, fordi der næsten ikke blev bygget nye tandhjulslinjer bagefter.
Tænderne fræses til en skinne svarende til kilhovedskinnen . Stubbeholdere er dyre at fremstille, men lette at lægge. De er fastgjort til svellerne som løbeskinner i henhold til overbygningstypen K (samme fastgørelsesmateriale til køreskinner og tandskinner), de kan svejses uden huller, og de er ikke krævende med hensyn til vedligeholdelse.
Appenzeller Bahnen -målerens netværk blev der brugt stativer fra Strub -systemet med de samme gear som Riggenbach -stigeristerne, fordi banen i begge stativer var identisk.
Kroge, der griber om skinnehovedet, er beregnet til at forhindre klatring på særligt stejle sektioner, dvs. lokomotivet eller en skinnevogn kan ikke løftes af banen af ​​kræfterne, der virker på tænderne. Erfaringen med disse sikkerhedstænger var ikke klar. [19] Jungfrau Railway var den eneste rack jernbane, hvorpå racket oprindeligt også var en del af en glidende caliper bremse. På grund af det lille kontaktområde på skinnen var sliddet for stort, så denne applikation blev opgivet. Kalibreringsbremsen blev kun brugt som holdebremse til godsvogne . [20]

Lamellære stativer

Racksystem afd
System Abt med stativ med to lameller
System Abt på sporet og i en klassisk switch
System Abt med stativ med tre lameller
Som en videreudvikling af Riggenbach -systemet blev to eller tre tandede stativer ("lameller") med tænder pegende opad installeret ved siden af ​​hinanden. De relativt smalle stænger er tilstrækkeligt fleksible til at tilpasse sig enhver lysbueradius. Ved at kopiere stængerne forblev kontaktområdet mellem gearet og stativerne tilstrækkeligt stort. Lamellernes bredde afhænger af det største tandtryk, der opstår; størstedelen af ​​dem er 32–40 mm fra hinanden. [21] Abbed var den eneste, der brugte en tandhældning på 120 mm i stedet for de sædvanlige 100 mm.
Den Abt løsning bør også undgå problemerne med beg fejl på rack leddene, der opstod med Rigibahn, men det skal også være billigere end Riggenbach rack.
Dette multi-lamelledesign var mest udbredt på verdensplan. [14] Brugen af ​​det tre-lamellede rack i Europa var begrænset til Harz-jernbanen og Caransebeş-Bouțari-Subcetate-jernbanen i Rumænien. Oversøisk bruges det tre-lamellære Abt-system på Santos-Jundiaí og Ikawa linjen [22] og tidligere på Bolan Railway , Transanden Railway [23] og jernbanen over Usui Pass .
Lamellerne hviler på støbejerns sadler, der er boltet til svellerne. De forskydes mod hinanden med en halv eller en tredjedel af deres længde, så leddene ikke er i samme højde. En særlig fordel ved brug af flere lameller er den glatte, stødfrie og driftsmæssigt pålidelige kraftoverførsel på grund af opdelingen af ​​lamellerne forskudt med en halv eller tredjedel af en tand; I dette tilfælde er det imidlertid nødvendigt med en torsionsophængning af drivhjulsskiverne mod hinanden for at opnå en omtrent jævn fordeling af tandtrykket på lamellerne. Rackindgangene med fjedrede spidser og mindre tænder var en del af systemet fra starten. Der er ingen enhed til dette stativ til at sikre køretøjer mod klatring. [19] I valgdeltagelsesområder eller i flade sektioner er der undertiden kun installeret en lamel. Det er fordelagtigt, at der ved stativudskiftninger med Abt -systemet generelt ikke kræves bevægelige mellemskinner. Lamellerne drejes ud af hjulets passageområde på begge sider i skæringsområdet.
Delvis udskiftning af gamle Strub -stativer (til højre) med Von Roll -systemets (venstre) på ruten St. Gallen - Gais - Appenzell
Systemet blev specielt udviklet til kontinuerlig drift på ruter med tandstangssektioner, tandhjulene er generelt over skinnernes øvre kant. Den første ansøgning var Harz-jernbanen fra Blankenburg til Tanne, bygget mellem 1880 og 1886, på Halberstadt-Blankenburg-jernbanen . [24]
Overgang fra en Riggenbach (venstre) til et Von-Roll-stativ (højre). Delvis udskiftning af gamle Riggenbach -stativer med Von Roll -system ved Schynige Platte Railway [25]
Racket udviklet af Von Roll (i dag Tensol) er kun et lamellestativ i navn, nemlig et enkelt-lamellært stativ. Den har samme tandhældning som Riggenbach- og Strub -stativerne. Den adskiller sig fra sidstnævnte i sin grundlæggende form: en enkel bred flad profil i stedet for en kileskinne, der ligner en profil. Dette stativ bruges primært i nye bygninger og som en billig udskiftning af gamle stativer i henhold til Riggenbach- eller Strub -systemerne. Den er tykkere (30-80 mm, afhængigt af tandtrykket) end en af ​​Abt -lamellerne, men dens fleksibilitet er tilstrækkelig til at være mere fleksibel end originalerne ifølge Riggenbach eller Strub. Det kan også svejses kontinuerligt. Specielle profilerede stålsele bruges til fastgørelse til svellerne.

Racks til vandret indretning af to gear

Rack system punch
Sporevender med tandstangssystem Stans under drejning; Tæt på bjergstationerne på Pilatus-Bahn
Systemstans
To modstående gear griber sammen med det sildebenslignende stativ fra siderne. Tandhældningen er 85,7 mm. [21] Det faktum, at tandhjulene skubbes ud af stativet ("klatring") kompenseres af det modsatte arrangement af de to tandpar.
Je ein Spurkranz an den Zahnrädern dient zur horizontalen Führung der Fahrzeuge (Spurkranz wirkt radial gegen den Unterbau der Zahnstange) und ist eine zusätzliche Maßnahme gegen Trennung der Verzahnung in Breitenrichtung (Hochsteigen des Triebwagens; Spurkranz wirkt axial von unten gegen eine schmale Zusatzschiene am Unterbau).
Das System Locher ermöglicht als einziges der verwendeten Zahnstangensysteme die Überwindung von wesentlich mehr als 300 ‰ Steigung, weil es das Aufsteigen [26] aus der Zahnstange verhindert. Es wurde bislang nur bei der Pilatusbahn verwendet. Eine weitere Verwendung hat die Locher-Zahnstange wegen der großen Kosten nicht gefunden (nur ähnliches System am Schiffshebewerk am Krasnojarsker Stausee ).
Gleisverbindungen verlangen Schiebebühnen oder Gleiswender, da Weichen nicht ausführbar sind. Für Mischbetriebsstrecken (sowohl Zahnstangen-, als auch Adhäsionsantrieb) war es nicht vorgesehen.
  • System PeterHH Peter
Zahnstange System Peter
Die Fischgräten-Zahnstange Peter besteht wie die von Strub aus einem schienenartig geformten Träger, in dessen Kopf beidseits waagrechte Zähne ausgefräst werden. Die Zahnstange ist einfacher herzustellen als die von Locher. Sie war für die Karlsbad-Dreikreuzberg-Bahn mit 500 ‰ Steigung vorgesehen, deren Bau wegen des Ausbruchs des Ersten Weltkrieges eingestellt wurde. [27]

Andere Bauarten

Das Walzenradsystem sollte bei der Wädenswil-Einsiedeln-Bahn Verwendung finden, kam auf Grund eines Unfalles bei einer Probefahrt am 30. November 1876 aber nicht in den kommerziellen Betrieb.

  • System FellJohn Barraclough Fell
Das System Fell ist keine eigentliche Zahnradbahn, sondern ein Mittelschienen-Reibradantrieb auf eine in der Gleismitte liegende dritte Schiene.

Anordnung des Zahnstangensystems

Bahnübergang mit absenkbarer Zahnstange bei der DFB in Oberwald
Warnschild der AB für Straßenbenutzer
Überweg der Appenzeller Bahnen (AB) mit hochliegender Zahnstange
Eingedecktes Gleis der Zahnradbahn Stuttgart mit tiefliegender Zahnstange

Lage der Zahnstangen im Gleis

Die Zahnstange wird immer in der Gleismitte angeordnet und mittels Winkelstücken, Zahnstangensätteln oder Rippenplatten und üblichen Schienenbefestigungsmittel auf den Bahnschwellen befestigt. Sie liegt entweder tiefer als die Gleise, oder ihre Zähne überragen die Gleis- bzw. Schienenoberkante (SOK).

Tiefliegende Zahnstangen sind günstig für Bahnübergänge , da keine Höhendifferenzen im Straßenplanum auftreten, und die entstehenden Spalten nicht breiter als bei Schienenrillen sind. Der Weichenbau ist aufwändig, weil tiefliegende Zahnstangen für den Durchgang der unter Schienenoberkante ragenden Zahnräder bewegliche Zwischenschienen erfordern. Wegen dieser Zahnräder können entsprechende Fahrzeuge andere Gleise nicht kreuzen und Regelweichen nicht befahren.

Hochliegende Zahnstangen stören die Überfahrt der Straßenfahrzeuge (Bodenwelle). Eine aufwändige Lösung ist das zeitweise Versenken der Zahnstange im Überwegbereich. Eine besonders hohe Lage weisen die Zahnstangen der Strecke Martigny–Châtelard (Schweiz) auf, weil die anschließende, mit Adhäsionsantrieb befahrene Strecke bis nach Saint-Gervais (Frankreich) eine besonders hohe, in Gleismitte angebrachte Bremsschiene des Systems Fell hat. Damit ein Wagendurchlauf auf der Gesamtstrecke möglich ist, liegt der Teilkreis der Zahnstange 123 mm über Schienenoberkante (SOK). Ein Vorteil der hochliegende Zahnstangen ist der weniger aufwändige Weichenbau: Die Zwischenschienen sind durchgehend, weil sich die Zahnstangen darüber einschwenken lassen.

Zahnstangenstöße können auf neuzeitlichem, schweren Oberbau wie die Fahrschienen lückenlos verschweißt werden. Die einzelnen Lamellen von Abt-Zahnstangen haben in Bögen nicht die gleiche Länge. Zum Längenausgleich wurden bisher vergleichsweise kurze Lamellen mit in den beiden Lamellenzügen verschieden breiten Stoßfugen (und damit verbundenen Teilungsfehlern) verwendet. Heute wird in Bögen eine der beiden Zahnstangenlamellen mit veränderter Teilung ausgeführt. [13]

Exzentrische Zahnrad-Höhenverstellung: Trieb-/Bremszahnrad (schwarz),
Wälzlager-Rollen (blau),
exzentr. Hohlwelle (grün),
Exzenterscheiben (rot),
Radsatzwelle (dunkelrot)
Montagetoleranz für die Höhenlage der Zahnstange sowie höchste und tiefste Lage des Teilkreises der eingreifenden Zahnräder

Runde Zahnköpfe erleichtern das Einfahren in die Zahnstange und verhindern das Aufklettern bei Teilungsfehlern, wie die Erfahrungen der Rigibahn schon sehr früh zeigten. [28]

Eingriff der Zahnräder in die Zahnstange

Die Toleranz für die Höhenlage der Zahnstange beträgt +2 mm, die für den Höhenunterschied an den Zahnstangenstößen ±1 mm. [29] Die höchste Lage der Trieb- und Bremszahnräder ergibt sich bei neuen Laufrädern . Bei ihrer tiefsten Lage (größte Laufradabnützung) dürfen kein Verklemmen in der Zahnstange und keine Berührung zwischen Zahnkopf und Zahngrund auftreten. [30]

Laufräder nutzen sich während des Betriebs ab, wodurch sie im Durchmesser kleiner werden. Bei gemischten Betrieb (Adhäsions- und Zahnradantrieb) ist die Abnutzung wegen der relativ großen Laufleistungen groß. Trieb- und Bremszahnräder hingegen verschleißen zwar an ihren Zahnflanken , aber der für den Eingriff maßgebliche Teilkreisdurchmesser ändert sich nicht. Bei Adhäsions- und Zahnradantrieb auf der gleichen Radsatzwelle reduziert sich der vom Radsatz bei einer Umdrehung zurückgelegte Weg, während der vom Triebzahnrad zurückgelegte Weg gleich bleibt. Weil bei Drehgestell-Triebfahrzeugen oder neueren Rahmenlokomotiven [31] [32] die Trieb- und Bremszahnräder fest auf der Triebachse aufgepresst und die Räder lose auf der Achse oder auf einer Hohlwelle gelagert sind, [33] ist nur eine geringe Radreifenabnutzung zulässig (siehe auch Abschnitte Elektrische und dieselelektrische Triebfahrzeuge und Elektrische und dieselbetriebene Triebfahrzeuge ).

Bei den mit getrennten Antrieben ausgestatteten ABeh 150 und ABeh 160/161 der Zentralbahn ist die Einschränkung der geringen Radreifenabnutzung hinfällig geworden. Bei den in den Jahren 2012 und 2016 abgelieferten Gelenktriebwagen kommt ein neu entwickelter Zahnradantrieb mit exzentrischer Höhenverstellung zum Einsatz, der konstruktiv einem üblichen Zahnradantrieb mit Tatzlagerung entspricht, wie er von reinen Zahnradbahnen bekannt ist. Die Trieb- beziehungsweise Bremszahnräder stützen sich nicht direkt auf der Radsatzwelle ab, sondern auf einer zusätzlich eingefügten, nicht umlaufenden Hohlwelle , die sich auf der Radsatzwelle über Exzenterscheiben abstützt. Durch Drehen an den Exzenterscheiben lässt sich der Zahneingriff auf einfache Weise dem Radverschleiß entsprechend anpassen. [34]

SIG-Drehgestell Typ Schelling mit Bremszahnrad eines Wagens der Appenzeller Bahnen

Bei Dampflokomotiven mit dem Antriebssystem Winterthur sind der Adhäsions- und der Zahnradantrieb im gemeinsamen Rahmen gelagert. Das erlaubt, bei abnehmender Radreifendicke die Tiefe des Zahneingriffs durch Anziehen der Tragfedern nachzustellen. [35]

Standard-Eisenbahnwagen, die regelmäßig auf Zahnradstrecken mitgeführt werden sollen, benötigen wegen ihrer größeren Masse in der Regel ein Bremszahnrad, das in einem der Drehgestelle eingebaut ist. Dem Radverschleiß entsprechend wird die Höhe des Bremszahnrads nachjustiert. [36]

Wagen von gemischten Adhäsions- und Zahnradbahnen können mit einer Adhäsions- und einer verzögert wirkenden Zahnradbremse, einer sogenannten Nachbremse , ausgerüstet sein. [37] Bei den auf der 246 ‰ steilen Zahnstangenstrecke nach Engelberg verkehrenden Wagen waren beide Drehgestelle mit einem Bremszahnrad ausgestattet, nachdem sich die Bremsen der 1964 beschafften sehr leichten Personenwagen mit nur einem Bremszahnrad nicht bewährt hatten. [38] Wagen, die auch auf dem Abschnitt Giswil–Meiringen der Brünigbahn und auf den Strecken der Berner-Oberland-Bahn mit Neigungen bis 120 ‰ einsetzbar sein sollten, wurden zur Vermeidung von Überbremsungen auf diesen Abschnitten mit einer Umstellvorrichtung ausgerüstet. [39]

Zahnstangeneinfahrt

Zahnstangeneinfahrt System Abt auf Abt-Zahnstange (zwei Lamellen), Radlenker , Furka-Bergstrecke

Bei der Einfahrt in die Zahnstange müssen die Trieb- und Bremszahnräder mit der Zahnstange synchronisiert und konphas gemacht werden. Die Drehzahl der Zahnräder muss der Fahrgeschwindigkeit angepasst werden (Synchronisation: Umfangsgeschwindigkeit der Zahnradteilkreise gleich Fahrgeschwindigkeit), und die Radzähne müssen Zahnlücken in der Stange treffen (mit ihnen konphas sein). Das Anpassen der Drehzahl erübrigt sich, wenn der Zahnradantrieb mit dem Laufradantrieb gekuppelt ist. In diesen Fällen müssen beim Konphasmachen der beiden Zahnreihen die Laufräder geringfügig auf den Schienen durchrutschen.

Die Einfahrt von einer Adhäsionsstrecke auf die Zahnstange erfolgt bei reduzierter Geschwindigkeit (id R. ≤ 10 km/h). Bei der Ausfahrt aus dem Zahnstangen- in einen Adhäsionsabschnitt muss die Geschwindigkeit nicht reduziert werden.

Es gibt im Wesentlichen zwei Einfahrt-Systeme, die bei allen Zahnstangensystemen gleichermaßen anwendbar sind. Das zweite (neuere) System ist eine Verbesserung des ersten (älteren) Systems.

System Abt

Bis vor wenigen Jahren wurden die Zahnstangeneinfahrten noch nach den alten Plänen Roman Abts ausgeführt.

Sie bestehen aus einem vor der festen Zahnstange eingebauten, an seiner Spitze (früher an beiden Enden) gefedert gelagerten Zahnstangenstück. Die Höhe der Zähne nimmt von anfänglich fast Null kontinuierlich bis am Ende auf Norm-Höhe zu. Kontinuierlich wächst auch die Zahnteilung von Übermaß am Anfang auf Normmaß am Ende. Diese Zähnegeometrie dient vor allem dem Konphasmachen. Zwischen die verkürzten Stangen-Zähne greift zunächst nur ein Rad-Zahn ein, sodass dieser ohne durch einen weiteren Rad-Zahn daran gehindert zu werden, die Mittenlage in der kleiner und höher werdenden Stangen-Zahnlücke einzunehmen kann. Wegen der anfänglich größeren Zahnteilung ist die Wahrscheinlichkeit, eine Zahnlücke zu treffen größer. Sollte ein auf einen verkürzten und angespitzten Stangenzahn treffender Radzahn nicht in eine Lücke wegrutschen und es zu einem Aufsteigen [26] kommen, verhindern zwei relativ hohe und lange Radlenker zunächst das Entgleisen. Bis zum Ende der Radlenker muss die Verzahnung allerdings wieder eingegriffen haben.

System Marfurt

Zahnstangeneinfahrt System Marfurt der Matterhorn-Gotthard-Bahn
1) Adhäsionsabschnitt
2) Zahnstangenabschnitt
3) Beschleunigungselement
4) Synchronisierlamelle
5) gefederte Einfahrlamelle
6) Zahnstangenfederung
7) Radlenker

Die moderne Zahnstangeneinfahrt nach Marfurt (als System Marfurt oder System Brünig bezeichnet [17] ), funktioniert besser als die bisherige nach Abt. Sie besteht aus 3 Teilen für je eine Teilaufgabe:

  • Beschleunigungselement: ein mit Gummi belegter Balken, auf dem die stillstehenden Bremszahnräder der nicht angetriebenen Wagen durch Reib-Kontakt in Drehung versetzt werden,
  • Synchronisierlamelle: eine Zahnstange wie beim System Abt , auf der die Zahnräder mit der Zahnstange synchronisiert werden,
  • Einfahrlamelle: eine sich bei Auffahrt der Zahnräder etwas in Fahrtgegenrichtung bewegende Zahnstange.

Die wesentliche Neuerung ist die Einfahrlamelle. Ihre kleine Rückwärtsbewegung bewirkt, dass je ein Zahn der Lamelle und des Zahnrades gegeneinander bewegt werden, wodurch deren richtige (konphase) gegenseitige Lage herstellt wird. Die Lamelle steht auf zwei schrägen Hebeln. In der Grundstellung ist ihr vorderes Ende angehoben, das hintere gesenkt, und sie stößt hinten mit geminderter Zahnteilung an die fest verlegte Zahnstange. Das auffahrende Zahnrad drückt das vordere Ende nach unten und in Fahrtgegenrichtung (nach vorn). Das hintere Ende wird in die richtige Höhe gehoben. Die Vorwärtsbewegung bewirkt auch, dass sich hinten wieder die richtige Zahnteilung einstellt. Die Grundstellung wird durch die Kraft einer Feder eingenommen. Das Hin- und Herwippen der Einfahrlamelle wird hydraulisch gedämpft (Vermeiden von Schwingungen).

Das System Marfurt erlaubt eine sanftere Einfahrt [17] mit höherer Geschwindigkeit (bis 30 km/h [34] [40] ) und dank der nahezu vollständigen Vermeidung von Einfahrgeräuschen eine deutliche Lärmreduktion. Die Abnutzung ist geringer, [41] die Verschleißteile sind definiert und leicht zu wechseln.

Zahnstangeneinfahrt mit Beschilderung der Wendelsteinbahn in Bayern beim Bahnhof Aipl

Signalisation

Zahnstangeneinfahrt an der Strecke Podbrezová–Tisovec in der Slowakei

Zahnstangenabschnitt werden in der Schweiz an der Strecke wie folgt signalisiert: [42]

Bezeichnung Bedeutung Beziehung zu andern Signalen Bild
Deutschschweiz
Bild
Romandie
Vorsignal für Zahnstangenabschnitt Ab dem Anfangssignal gilt die signalisierte Höchstgeschwindigkeit. Das Vorsignal steht etwa 150 m vor dem Anfangssignal.
Vorsignal-fuer-Zahnstangenabschnitt.png
Anfangssignal für Zahnstangenabschnitt (tronçon à crémaillère) Bei diesem Signal befindet sich die Einfahrt in die Zahnstange. Bei der Einfahrt in die Zahnstange gilt bis zum Passieren des letzten Wagens die signalisierte Höchstgeschwindigkeit. Es kann ein Vorsignal vorausgehen und es folgt ein Endsignal.
Anfangssignal für Zahnstangenabschnitt.png
Signal d’exécution pour tronçon à crémaillère.png
Endsignal (signal final) für Zahnstangenabschnitt Bei diesem Signal befindet sich das Ende der Zahnstange. Es geht ein Anfangssignal voraus.
Endsignal für Zahnstangenabschnitt.png
Signal final pour tronçon à crémaillère.png

Weichen und andere Gleisverbindungen

Schiebebühnen, Drehscheiben und Gleiswender

Zur Zeit der ersten Zahnradbahnen war die Weiche bei Schienenbahnen längst Stand der Technik. Weichen für Zahnradbahnen, in denen sich die Zahnstangenstränge mit den Innenschienen kreuzen, mussten erst entwickelt werden, weshalb zunächst vorwiegend Schiebebühnen als Gleisverbindungen benutzt wurden, so auch bei der ältesten Zahnradbergbahn am Mount Washington und bei der Arth-Rigi-Bahn . [43]

Schiebebühnen oder Drehscheiben gibt es noch heute in Bahnhof- und Depot bereichen der Zahnradbahnen.

Zungenweichen

Plan der 1875 von Riggenbach erbauten Zahnstangenweiche
Durchgehend mit Riggenbach-Zahnstange versehene Weiche der Rorschach-Heiden-Bahn
Auffahrbare Zahnstangenweiche System Riggenbach bei der Schynige-Platte-Bahn . Der führende Radsatz eines auffahrenden Fahrzeuges drückt das Druckstück vor dem Herzstück in die andere Lage und stellt damit die Weiche mit den beweglichen Zahnstangenlamellen um.
Riggenbach-Weiche mit tiefliegender Zahnstange und unterbrochenen Zwischenschienen bei der Drachenfelsbahn

Zahnstangen weichen sind mit beweglichen Zahnstangenelementen ausgerüstet, damit die Zahnstangen des einen Strangs die Schienen des andern Strangs kreuzen können. Weil damit ein ununterbrochener Zahnradeingriff gewährleistet ist, können sie auch auf geneigten Strecken eingebaut werden. Bei Bahnen mit gemischtem Antrieb befinden sich die Weichen oft auf den Adhäsionsabschnitten, weil Zahnstangenweichen aufwendiger und teurer als gewöhnliche Weichen sind. Andererseits muss bei Kreuzungsbahnhöfen mit durchgehenden Zahnstangen wie in Tschamut-Selva auf der Oberalpstrecke die Geschwindigkeit nicht reduziert werden, weil keine Zahnstangeneinfahrt nötig ist.

Der Vorteil von Zungenweichen mit Zahnstange gegenüber klassischen Schleppweichen mit verschiebbarem Gleisrost sind die nur geringen temperaturbedingten Längenänderungen der kurzen beweglichen Zahnstangenteile. Nennenswerte Teilungsfehler können durch Temperaturänderungen nicht auftreten. Zahnstangenweichen werden aufgrund der geringen Geschwindigkeiten mit vergleichsweise kleinen Zweiggleisradien gebaut, mehrere Verschlüsse im Zungenbereich oder bewegliche Herzstückspitzen sind deshalb nicht erforderlich.

1875 baute Riggenbach die erste Zahnstangenweiche auf der Rorschach-Heiden-Bergbahn in Wienacht ein, um eine Zufahrt zum dortigen Sandsteinbruch zu ermöglichen. [44] Innerhalb der Weiche befindet sich statt der Riggenbach-Leiterzahnstange eine einlamellige Zahnstange. Diese Zungenweiche entspricht der für einlamellige Zahnstangenstrecken noch heute verwendeten Bauart [13] , die auch bei Bahnen mit Riggenbach-Zahnstange mehrheitlich eingesetzt wird.

Weiche der Gornergratbahn mit vollem Zahnstangenquerschnitt

Bei den Weichen der 1893 eröffneten Wengernalpbahn und Schynige-Platte-Bahn mit 800 mm Spurweite und Riggenbach-Zahnstange war die Zahnstange auf einer Länge von 90 cm unterbrochen. Zur Gewährleistung eines unterbrechungsfreien Eingriffs benötigten die Lokomotiven zwei Triebzahnräder. [16] Heute setzen die beiden Bahnen Weichen mit beweglichen Lamellen ein.

Bereits seit 1890 verwendet die Monte-Generoso-Bahn Zahnstangenweichen des Systems Abt. [43] Deren Konstruktion ist dank der zweilamelligen Zahnstange einfacher, weil innerhalb der Weiche abschnittweise nur eine der beiden Zahnstangenlamellen benutzt wird (siehe Bild im Abschnitt Lamellenzahnstangen ). Eine solche Weiche kann aber nur in geringen Steigungen verwendet werden, wo nicht die volle Zugkraft auf die Zahnstange wirkt. Die bei neueren Triebfahrzeugen weicheren Tangentialfedern der Triebzahnräder führen nach einlamelligen Abschnitten zu starkem Verschleiß beim Wiedereingriff in die zweite Lamelle, da der belastete Zahnkranz gegenüber dem unbelasteten verdreht wird. Traditionelle Zahnstangenweichen des Systems Abt sollte deshalb nicht mehr angewendet werden. [13] Sollen Zahnstangenweichen System Abt mit der vollen Antriebs- oder Bremskraft befahren werden, dann erhalten sie für das Durchführen des vollen Zahnstangenquerschnittes bewegliche Zwischenschienen und zusätzlich im Zungenbereich bewegliche Zahnstangen nach dem Schleppweichenprinzip. Beispiele sind die Weichen bei der Gornergratbahn und in der Schöllenenschlucht

Die Berner Oberland-Bahnen rüsteten ihre neuen Zahnstangenweichen mit drei Einzelantrieben aus, um das im Winter störanfällige Gestänge zu vermeiden. [1]

Zahnstangenweichen mit tiefliegenden Zahnstangen oder mit unterbrochenen Zwischenschienen sowie jede Form von Schleppweichen sind nicht auffahrbar. Weil ein Auffahrvorgang immer zur Entgleisung mit insbesondere in starken Neigungen schwerwiegenden Folgen führt, müssen Auffahrvorgänge unbedingt vermieden werden. Beim System Abt und bei hochliegenden Riggenbach-Zahnstangen mit nicht unterbrochenen Zwischenschienen wurden auffahrbare Weichen, die sich schon beim Befahren des Herzstückes auf rein mechanischem Weg in die erforderliche Lage umstellen, realisiert (siehe Bild weiter oben ). Eingebaut wurden sie beispielsweise bei der Rochers-de-Naye- und der Schynige-Platte-Bahn .

Federweichen

Federweiche Rigi-VTW 2000 der Rigi-Bahnen
Neuartige Federweichen der Rigi-Bahnen in Arth-Goldau

Seit 1999 setzen die Rigi-Bahnen [45] und seit 2004 die Dolderbahn [46] neu entwickelte Federweichen ein, in welchen das Gleis von der einen Endlage in die andere entlang einer definierten Kurve gebogen wird. Zur Kompensation der temperaturbedingten Längenänderungen über die gesamte Weichenlänge ist die Federweiche so konstruiert, dass die Längendehnungen der Zahnstange und des darunter liegenden Rahmens in entgegengesetzter Richtung wirken. Damit heben sich die beiden Längendehnungen gegenseitig auf, der Zahnabstand an der Stoßstelle bleibt innerhalb der Toleranz und Zahnteilungsfehler werden vermieden.

Die einfache Konstruktion der Federweiche hat – im Gegensatz zur konstruktiv von der Adhäsionsweiche abgeleiteten üblichen Zahnstangenweiche – weniger bewegliche Teile mit entsprechend weniger Verschleiß und benötigt keine Weichenheizung . Die Anwendung wäre auch bei Adhäsionsbahnen möglich, z. B. als Doppel- oder Kreuzungsweiche . [45]

Helixverwindung in der Weiche

Auf Gleisabschnitten mit Steigungen über 40 ‰ ist in Gleisbögen die Helixverwindung zu berücksichtigen (vgl. Abschnitt Gleisverwindung in geneigten Gleisbögen ). Weichen stellen diesbezüglich einen Spezialfall dar. Sie müssen sich in einer Ebene befinden, damit sie richtig schließen und sich die Zungen nicht verklemmen. Bei einer Weiche in einer Steigung ist die Verwindung des abzweigenden Strangs somit konstruktionsbedingt unterbunden. Erst nach der letzten durchgehenden Schwelle kann sich das Gleis wieder verwinden. [47]

Liegt eine Weiche in der Steigung mit Weichenanfang talseitig, so ergibt sich allein aus der Geometrie eine Überhöhung der bogenäußeren Schiene des abzweigenden Stranges. Die Überhöhung entspricht in der Tendenz jener, die aus fahrdynamischen Gründen in einen Bogen ohne Weiche eingebaut worden wäre. Wenn der Bogen nach der Weiche endet, kann das Gleis verwunden werden. [47]

Befindet sich dagegen eine Weiche umgekehrt mit dem Weichenfang bergseitig, ist die Überhöhung aus den gleichen geometrischen Gründen auf der bogeninnen Schiene. Das ist aber fahrdynamisch ungünstig, denn die nun negative Überhöhung verstärkt die auf das Fahrzeug wirkenden Fliehkräfte . Eine solche Weiche darf nur mit verringerter Geschwindigkeit im abzweigenden Strang befahren werden. Der Effekt kann mit einem größeren Weichenradius und somit einer geringeren Weichenneigung sowie mit einer Außenbogenweiche reduziert werden. Bei der Außenbogenweiche kann der Fehler auf die beiden Gleisstränge verteilt werden. Auch bei dieser Weichenkonstallation wird das Gleis nach der letzten durchgehenden Schwelle verwunden. [47]

Bei den bei der Pilatusbahn ( System Locher ) verwendeten Schiebebühnen und Gleiswendern ist die Helixverwindung bedeutungslos, denn die Verwindungen der beiden Gleisstränge sind voneinander unabhängig. Bei anderen Zahnstangensystemen sind solche Gleisverbindungen aus Kostengründen keine Alternative. [47]

Triebfahrzeuge

Im Systemwechselbahnhof Interlaken Ost treffen zwei meterspurige Strecken mit Zahnstangen-Abschnitten und unterschiedlichen Stromsystemen aufeinander. Links im Bild ein Zug der Berner-Oberland-Bahn (1500 Volt Gleichspannung), rechts eine Komposition der Zentralbahn (15 kV Wechselspannung).

Auf Zahnradbahnen werden elektrische und dieselbetriebene Triebfahrzeuge sowie auch heute noch Dampflokomotiven eingesetzt. Von den weltweit verkehrenden Zahnrad-Triebfahrzeugen werden nur etwa 15 % mit Dieselöl und 5 % mit Dampf betrieben.

Bei den bestehenden elektrischen Zahnradbahnen sind folgende drei Stromsysteme im Gebrauch:

Der Bau und Betrieb von Zahnradtriebfahrzeugen sind und waren technisch sehr anspruchsvoll. Im Vergleich zu Adhäsionsbahnen sind Grenzen gesetzt durch:

  • enge Bögen, große Klimaunterschiede und rauer Winterbetrieb,
  • Belastungsgrenzen der Zahnstange und der Zugvorrichtungen ,
  • Entgleisungssicherheit des Zuges auf der Talfahrt auch in engen Bögen bei Maximalgefälle. [48]

Wichtigster Hersteller von Zahnrad-Triebfahrzeugen war seit 1874 die Schweizerische Lokomotiv- und Maschinenfabrik (SLM) in Winterthur. Nach der Auflösung der SLM im Jahr 1998 wurde der Zahnradbahnbereich von Stadler Rail übernommen. Von den weltweit bei bestehenden Zahnradbahnen in Betrieb stehenden Triebfahrzeugen stammen mehr als zwei Drittel von der SLM [49] oder von Stadler. Die Lokomotivfabrik Floridsdorf in Wien besaß die alleinigen Patente des Zahnstangensystems Abt für das Gebiet Österreich-Ungarns . Sie wurde damit neben der weltweit tätigen SLM zur größten Produzentin von Zahnradbahntriebfahrzeugen und lieferte fast alle in der Doppelmonarchie bestellten Zahnradlokomotiven, unter anderem die Maschinen der Erzbergbahn und der Bosnisch-Herzegowinischen Landesbahnen . In Deutschland erwarb sich die Maschinenfabrik Esslingen einen besonderen Ruf durch den Bau von Zahnradlokomotiven. In den USA belieferte Baldwin Locomotive Works in Philadelphia einige amerikanische Auftraggeber.

Die Bauartbezeichnungen der Schweizer Lokomotiven und Triebwagen unterscheiden zwischen reinen und gemischten Zahnradbahnen. Bei reinen Zahnradfahrzeugen kommt das h an erster Stelle nach den Großbuchstaben (z. B. Zahnradtriebwagen Bhe 4/4), bei kombiniertem Adhäsions- und Zahnradantrieb am Schluss (Beh 4/4). H 2/2 ist eine Zahnraddampflokomotive des reinen, HG 2/2 des gemischten Systems.

Triebfahrzeuge für reine Zahnradbahnen

Bei den Zahnradbahnen reinen Systems werden die Räder nur für die Abstützung und Führung der Fahrzeuge benützt. Die Fortbewegung der Fahrzeuge erfolgt ausschließlich über die Zahnräder. Solche Zahnradbahnen überwinden mit vertikal eingreifenden Zahnrädern Maximalsteigungen von 250–300 ‰.

Dampflokomotiven

Die Dampflokomotiven der reinen Zahnradbahnen haben ein oder zwei Triebzahnräder und bei nur einem Zahntriebrad meist noch ein Bremszahnrad. Für größere Zuggewichte müssen zwei Triebzahnräder angewendet werden, damit der Zahndruck nicht zu hoch wird und um der Gefahr des Aufkletterns des Zahnrads aus der Zahnstange zu begegnen. Solche Lokomotiven wurden z. B. von der Wengernalp- , der Snowdon- , der Schafberg- und der Schneebergbahn beschafft. Eine Lokomotive mit drei Triebzahnrädern ist bei Pike's Peak Railway zur Anwendung gekommen. [50]

Zahnraddampflokomotiven sind grundsätzlich als Tendermaschinen gebaut, um die Wagenzugmasse möglichst tief zu halten und die Lokomotivmasse für die Sicherung des Zahneingriffs auszunutzen. Für die Ergänzung des Speisewasservorrats wird unterwegs mehr Zeit einberechnet.

Da man in den unterschiedlichen Steigungen Schwankungen des Wasserstands im Kessel befürchtete, wurden der ersten Lokomotiven der Vitznau-Rigi-Bahn mit stehendem Kessel ausgerüstet. Im Betrieb und besonders im Unterhalt bewährten sich diese Kessel nicht, so dass sie nach 12 bis 19 Jahren durch liegende, um etwa 10 % geneigte Kessel ersetzt wurden.

Die marktbeherrschende Stellung der SLM führte zu einer gewissen Standardisierung der Bauarten. Die Bilderreihen illustrieren jeweils die Entwicklung der Zahnradtriebfahrzeuge, [50] [51] wobei bei nicht von der SLM oder Stalder Rail stammenden Fahrzeugen der Hersteller erwähnt ist:

Elektrische und dieselelektrische Triebfahrzeuge

Triebdrehgestell (Vitznau-Rigi-Bahn, Bhe 2/4)
1) Motoren
2) Vorgetriebe
3) Getriebe
4) Triebzahnrad
5) Rutschkupplung
6) Bandbremse auf Motorwelle
7) Bandbremse (Klinkenbremse),
mit dem Triebzahnrad fest verbunden
Reiner Zahnradantrieb (schematische Anordnung)
1) Traktionsmotor
2) Vorgetriebe
3) Kardanwelle
4) Getriebebremse
5) zweistufiges Getriebe
6) Zahnradbremse
7) Triebzahnrad

Da in den Bergen ausreichend Wasser zur Stromerzeugung zur Verfügung steht, wurde bereits 1892 mit der Chemin de fer du Salève in den Hochsavoyen die erste elektrische Zahnradbahn der Welt dem Verkehr übergeben, die mit 600 Volt Gleichspannung betrieben wurde. Noch vor der Jahrhundertwende wurden die Gornergrat- und die Jungfraubahn eröffnet, wobei man sich dem damaligen Stand der Technik entsprechend zur Verwendung von Drehstrom entschied. Seit dem 20. Jahrhundert verkehrt die große Mehrheit der elektrisch betriebenen Zahnradbahnen mit Gleichstrom .

Der Antrieb heutiger Fahrzeuge erfolgt mit Kompakteinheiten, die Motor, Getriebe , Bremstrommel und Triebzahnrad umfassen. [1] Jeder Fahrmotor treibt ein an einem Radsatz frei drehend gelagertes Triebzahnrad an. Wegen der verhältnismäßig kleinen Fahrgeschwindigkeit hat das Getriebe meistens eine doppelte Übersetzung. Zur Vermeidung von unerwünschten Radentlastungen durch die Motordrehmomente werden die Fahrmotoren üblicherweise quer im Drehgestell eingebaut. Die Triebzahnräder mit Evolventenverzahnung greifen immer mindestens mit zwei Zähnen in die Zahnstange. Sie sind tangential gefedert zum Ausgleich von Stößen, die durch Zahnstangenteilungsfehler verursacht werden können.

Die Anzahl der Triebachsen wird durch die notwendige Zugkraft bestimmt. Für moderne Doppeltriebwagen mit vier baugleichen Drehgestellen genügt in vielen Fällen eine einmotorige Auslegung. Drehgestelle mit je einer Trieb- und einer Laufachse haben den Vorteil gleichmäßiger Zahnstangenbelastung, erlauben Doppeltraktion zweier Doppeltriebwagen [52] und sind im Fall einer Entgleisung sicherer als zwei Trieb- und zwei Laufdrehgestelle. [11]

Die neueren technischen Entwicklungen finden sowohl bei reinen als auch gemischten Zahnradbahnen Anwendung:

Triebfahrzeuge für gemischte Bahnen

Dampflokomotiven

Die erste Lokomotive für gemischten Adhäsions- und Zahnradantrieb war die „Gnom“ für die 1350 Meter lange Werkbahn des Sandsteinbruchs Ostermundigen bei Bern. [3] Das Zahnrad lief auf der Adhäsionstrecke ohne Eingriff leer mit.

Bei der Erzbahn Žakarovce und dann bei der Brünigbahn und der Padangbahn auf Sumatra wurden zunächst Lokomotiven mit einem Zylinderpaar und gekuppelten Adhäsions- und Zahnradtriebwerk verwendet. Die einfach gebauten Maschinen eigneten sich für kleinere Zugkräfte, bewährten sich jedoch nicht im Betrieb auf längeren Strecken wie der Brüniglinie.

Die später erbauten Dampflokomotiven verfügen über einen getrennten Antrieb, wobei die Triebzahnräder auf den Adhäsionsabschnitten ausgeschaltet werden. (siehe Abschnitt Getrennte Zahnrad- und Adhäsionsantriebe )

Elektrische und dieselbetriebene Triebfahrzeuge

Der bei den kräftigen HGe 4/4 I der Brünigbahn durch den verkuppelten Antrieb erzeugte Schlupf führte zu Getriebe- und Zahnstangenschäden. [56]
Gemeinsamer Zahnrad- und Adhäsionsantrieb
1) Traktionsmotor
2) Vorgetriebe
3) Kardanwelle
4) Getriebebremse
5) zweistufiges Getriebe
6) Zahnradbremse
7) Triebzahnrad
8) eventuelle Adhäsionskupplung

Bei diesem Antrieb wird der Zahnradteil mit einem Adhäsionsteil erweitert. Der Außendurchmesser des Triebzahnrades ist meistens kleiner als der Triebraddurchmesser. Deswegen sind zwei verschiedene Übersetzungen erforderlich. Obwohl sie so gewählt werden, dass beide Antriebsteile die gleiche Fahrgeschwindigkeit ergeben sollen, ist dies nur bei halb abgenutzten Radreifen möglich. Vor- und nachher entsteht zwischen Rad und Schiene ein Schlupf mit entsprechend hoher Abnutzung. Deswegen ist ein dauernd verkuppelter Antrieb nur für Strecken mit einem bescheidenen Anteil an Zahnstangenabschnitten geeignet. Außerdem muss die zulässige Radreifenabnutzung auf 2 % verringert werden. Mit einer Adhäsionskupplung lässt sich der Adhäsionsantrieb im Zahnradbetrieb abkuppeln, was bei modernen Triebfahrzeugen üblich ist. Auf der Zahnradstrecke wird der Triebradsatz abgekuppelt und läuft dann frei mit, wodurch der Schlupf eliminiert wird. Bei verkuppelten Antrieben wird auf den Zahnstangenabschnitten die Zugkraft sowohl über das Triebzahnrad und als auch mit Haftreibung über die Triebräder übertragen.

Bei einer Kombination von schnellen Adhäsionsstrecken und steilen Zahnradstrecken kann es notwendig werden, den Antrieb mit einem Schaltgetriebe auszuführen, um für beide Bereiche die geeigneten Fahrmotordrehzahlen zur Verfügung zu haben.

Getrennte Zahnrad- und Adhäsionsantriebe

Vom Jahr 1887 ist man dazu übergegangen, die Zahnstange auf verhältnismäßig kurzen Abschnitten mit nicht über 125 ‰ Steigung für die Überwindung steiler Talstufen schmalspuriger Adhäsionsbahnen anzuwenden. Von der Jahrhundertwende bis zum Ersten Weltkrieg verwirklichen in Deutschland die Länderbahnen im verstärkten Maße steile Streckenführungen als Zahnradbahnen, was zum Bau großer Zahnradlokomotiven führte.

Dampflokomotiven mit dem System Winterthur werden auf den Zahnstangen-Abschnitten als Verbundlokomotiven betrieben. Die Hochdruckzylinder C 1 treiben die Reibungsachse 2 an, die mit den Achsen 1 und 3 gekuppelt ist. Das drehbar auf einer Achswelle sitzende Triebzahnrad T wird durch die Niederdruckzylinder C 1 und das Übersetzungszahnrad v angetrieben. Im reinen Adhäsionsbetrieb arbeitet die Maschine mit einfacher Dampfdehnung.

Bei Dampflokomotiven wird der Adhäsionsantrieb grundsätzlich auf der ganzen Strecke verwendet. Das Zahnradtriebwerk wird auf der Berg- und Talfahrt auf den Zahnstangenabschnitten eingesetzt und nach dem Verlassen der Steilrampe wieder stillgelegt. Das hat zur Folge, dass Adhäsions- und Zahnradtriebwerk getrennt wurden.

Bei Schmalspurlokomotiven für Adhäsions- und Zahnstangenstrecken war es nicht immer leicht, die Triebwerke unterzubringen. Eine gute Lösung fand die SLM mit dem System Winterthur , das für Adhäsions- und Zahnradtriebwerk äußere Lage und doch getrennte Ausführung erlaubt. Das ermöglicht eine gute Zugänglichkeit und damit eine einfachere Wartung des Triebwerks. Bei zunehmender Radreifenabnutzung lässt sich die Tiefe des Zahneingriffs leicht nachstellen.
Die zwei untenliegenden Hochdruckzylinder treiben die Adhäsionstriebachsen an. Beim Adhäsionsbetrieb arbeiten die unteren Zylinder allein mit einfacher Dampfdehnung. Der Dampf entweicht anschließend direkt ins Blasrohr . Auf den Zahnstangenabschnitten arbeitet die Lokomotive in Verbundwirkung , indem der Dampf nach den unteren Adhäsions-Hochdruckzylinder in die oben liegenden Zahnrad-Niederdruckzylinder geleitet wird. Durchmesser und Kolbenhub der vier Zylinder sind gleich groß. Bedingt durch die Übersetzung des Vorgeleges arbeitet das Zahnradtriebwerk rund doppelt so schnell wie das Adhäsionstriebwerk, womit das richtige Volumenverhältnis zwischen den Hoch- und Niederdruckzylindern entsteht. Durch die Verbundwirkung wird der Dampf besser ausgenutzt und es resultiert ein geringer Kohleverbrauch. Es ergibt sich ein guter Ausgleich zwischen dem Zahnrad- und dem Adhäsionsantrieb, der das Schleudern des Adhäsionsantriebs vermindert. Die raschen, aber nicht zu starken Dampfschläge des Zahnradtriebwerks bewirken eine gute Dampfentwicklung. Die Ein- und Ausfahrt in einen Zahnstangenabschnitt ist sehr einfach, weil nur der Umschalthahn zwischen Hoch- und Niederdruckzylinder bedient werden muss. [57] Beim Anfahren auf einem Zahnstangenabschnitt kann der Kesseldruck direkt auf die Niederdruckzylinder geleitet werden.
Das System Winterthur sicherte der SLM eine große Zahl von Aufträgen im In- und Ausland. [58] Es kam bei vielen Dampflokomotiven mit gemischtem Adhäsions- und Zahnradantrieb zum Einsatz und wurde auch von der Maschinenfabrik Esslingen verwendet.

Bei der Elektrifizierung der Berner Oberland-Bahn im Jahr 1914 wurde das bewährte Konzept der vorhandenen Dampflokomotiven HG 3/3 mit getrenntem Adhäsions- und Zahnradantrieb übernommen. Auf diese Art unterstützt der Adhäsionsantrieb den Zahnradantrieb und entlastet die Zahnstange. Dies ist insbesondere bei Zahnradbahnen mit mäßigen Steigungen von 80–120 ‰ vorteilhaft, wo ein großer Teil der Traktionskräfte ohne Zahnstange übertragen werden kann. Getrennte Antriebe, wie man sie bis in die 1940er Jahre erfolgreich realisiert hatte, blieben allerdings lange Zeit uninteressant, weil man einen Teil der früher teuren Antriebsmotoren auf den verhältnismäßig langen Adhäsionsstrecken nicht nutzen kann. Inzwischen hat sich das technische Umfeld geändert. Die teuren und unterhaltsaufwendigen Getriebe lassen sich durch leichte und kostengünstige separate Asynchronfahrmotoren ersetzen. [34]

Beim getrennten Antrieb ist die richtige Drehzahl des Triebzahnrades vor der Einfahrt in die Zahnstange nicht gewährleistet. Deswegen ist im Triebfahrzeug eine Synchronisierungseinrichtung unumgänglich.

Differentialantrieb

Differentialantrieb
1) motorseitige Antriebswelle
2) Sonnenrad (→ Adhäsion)
3) Hohlrad (→ Zahnrad)
4) zum Zahnradantrieb
5) zum Adhäsionsantrieb
Die von den SBB für die Brünigstrecke und der damaligen Furka-Oberalp-Bahn ab 1986 gemeinsam beschaffte HGe 4/4 II mit Differentialantrieb wird heute von den Nachfolgegesellschaften Zentralbahn und Matterhorn-Gotthard-Bahn eingesetzt.

Der Differentialantrieb für Zahnrad-/Adhäsionslokomotiven hoher Leistung verteilt die Zugkraft selbsttätig auf die Adhäsions- und die Zahnräder und entlastet so die Zahnstange. Dieser Antrieb eignet sich für Zahnradbahnen mit bis zu 125 ‰ Steigung. [1] Das Fahrmotor drehmoment wird in einem als Planetengetriebe ausgebildeten Verteildifferential zwischen dem Adhäsions- und dem Zahnradantrieb aufgeteilt. Wenn die Adhäsionsräder bei schlechten Verhältnissen zu schleudern beginnen, greift die im Antrieb integrierte Schlupfbegrenzung korrigierend ein und der nicht mehr auf die Schienen übertragbare Zugkraftanteil wird stufenlos von den Triebzahnrädern übernommen.

Im Bremsbetrieb funktioniert die Einrichtung sinngemäß und der adhäsionsmäßige Überschuss der Bremskraft wird zur Zahnstange geleitet. Ein Blockieren der Adhäsionsräder wird im Zahnstangenbetrieb verunmöglicht.

Auf den zahnstangenlosen Abschnitten wird der Antrieb starr verkuppelt. [63]

Der teure Differentialantrieb wird bei neuen Fahrzeugen nicht mehr verwendet, denn die elektrischen Komponenten haben sich im Verlaufe der Zeit stärker verbilligt als die mechanischen. Die Trennung von Adhäsions- und Zahnradantrieb erlaubt auf Zahnstangenabschnitten die gleichzeitige Nutzung der Fahrmotoren für beide Antriebe. [64]

Wagenkasten

Die Technik der Bergbahnen ist bestimmt durch die Gewichtsoptimierung. Die Wagenkasten sind bei reinen Zahnradbahnen vorwiegend in Stahlbauweise ausgeführt, denn die verschiedenen Bedingungen wie z. B. unterschiedliche Fahrzeugbegrenzungen erlauben nur den Bau geringer Stückzahlen. Bei Bahnen mit gemischtem Adhäsions- und Zahnradbetrieb werden die Reisezugwagen aus Gewichtsgründen oft in Aluminiumbauweise , die Triebfahrzeuge wegen der schweren Antriebausrüstung vorwiegend als Stahlkonstruktionen erstellt. [1]

Personen- und Güterwagen

Steuerwagen Bt 31 der Rorschach-Heiden-Bergbahn, 1985 von der Adhäsionsbahn BT übernommen.
Traktor Thm 2/2 20 der AB mit Adhäsions- und Zahnradantrieb für die Strecke Rorschach–Heiden mit einem Standard-Güterwagen Hbis

Grundsätzlich unterscheiden sich die Wagen der Zahnradbahnen nicht von denen der Adhäsionsbahnen. So wurden in der Schweiz gleiche schmalspurige Leichtstahl- und Einheitswagen sowohl an Adhäsions- als auch an Zahnradbahnen geliefert. Die normalspurige Rorschach-Heiden-Bergbahn hatte von den SBB zwei Einheitswagen I und von der Bodensee-Toggenburg-Bahn (BT) einen Steuerwagen übernommen. Die leichten, versuchsweise in Aluminium gebauten Einheitswagen sind für die Zahnradbahn nach Heiden besonders geeignet. [65] Durch die immer weitere Verbreitung der Triebzüge ist die Zahl der Reisezugwagen auf Zahnradbahnen rückläufig.

Güterwagen sind auch bei Zahnradbahnen zu finden, die sich auf den Personenverkehr beschränken. Der Transport von Material und Werkzeugen auf die häufig schwer zugänglichen Baustellen ist auf der Straße oft nicht möglich. [66]

Die Wagen der Zahnradbahnen sind in der Regel mit einem Bremszahnrad ausgestattet. Bei leichten Gepäck-, Güter- und Dienstwagen , bei Fahrzeugen für Spezialtransporte und bei Vorstellwagen kann auf die Zahnradbremse verzichtet werden. [67] Auch die auf die Matterhorn-Gotthard-Bahn (MGB) übergangsfähigen Wagen der Rhätischen Bahn , die ihrerseits im Adhäsionsbetrieb verkehrt, verfügen über eine Zahnradbremse. Die MRS Logística in Brasilien verzichtet bei ihren Güterwagen auf ein Bremszahnrad und schiebt sie bei der Bergfahrt auf dem 104 ‰ steilen Zahnstangenabschnitt der Bahnstrecke Santos–Jundiaí . [68]

Bei gezogenen Zügen muss im Falle einer Zugtrennung jeder Zugteil angehalten und gegen Entlaufen gesichert werden können. [69] Bahnen mit Steigungen über 250 ‰ müssen die Wagen bergseitig des Triebfahrzeugs einreihen und bei der Bergfahrt auf gezogene Züge verzichten. [70] Von 1964 bis 2010 verkehrten die Personenzüge der Luzern-Stans-Engelberg-Bahn als dreiteilige Wende- oder Pendelzüge mit talwärts eingereihten Triebfahrzeug, wobei auf dem 246 ‰ steilen Zahnstangenabschnitt hinter dem Triebwagen ein Post- oder leichter Güterwagen zulässig war. Auch die nur selten verkehrenden Güterzüge wurden auf der Bergfahrt geschoben. [38] Wendezüge werden auf Zahnstangenabschnitten nach Möglichkeit bergwärts geschoben. [71] Wenn die Entgleisungssicherheit nicht gewährleistet ist, wird das Triebfahrzeug bergseitig eingereiht. Zudem bleibt der Zug auf der Talfahrt beim elektrischen Bremsen des Triebfahrzeug gestreckt. [72] Die Matterhorn-Gotthard-Bahn verzichtet bei der Fahrt ihrer Wendezüge über den Oberalppass auf der Passhöhe auf das Umstellen des Triebfahrzeugs; die Züge verkehren auf dem ganzen Laufweg in gleicher Formation.

Auf normalspurigen, mit üblichen Zug- und Stoßvorrichtung verkehrenden Zahnradbahnen können gängige Eisenbahnwagen verkehren. Früher war das vielerorts üblich und in Deutschland auf Zahnstangenabschnitten mit einer Neigung bis zu 100 ‰ zulässig. [73] Die Rorschach-Heiden-Bergbahn (RHB) mit 93,6 ‰ Steigung beförderte bis in die 1990er Jahre UIC-Güterwagen , [74] die wegen des fehlenden Bremszahnrads bergwärts geschoben wurden. In Zügen mit mehreren Wagen ohne Zahnradbremse reihte die RHB Wagen mit Bremszahnrad ein. [65]

Die Zahnradbremsen der Wagen sind im Abschnitt Eingriff der Zahnräder in die Zahnstange beschrieben.

Sicherheit und Bremsen

Der Bau und Betrieb der Zahnrad- und anderen Eisenbahnen werden in der Schweiz durch die Eisenbahnverordnung [75] und den Ausführungsbestimmungen dazu [2] geregelt. Weil in anderen Ländern keine so detaillierte Regelungen für Zahnradbahnen bestehen, akzeptieren weltweit fast alle Eisenbahnen und Behörden die Schweizer Vorschriften als verbindlich.

Zulassung

Weil sich die Zulassungsbehörden außerhalb der Schweiz nur sehr selten mit Zahnradfahrzeugen beschäftigen müssen, war es über Jahrzehnte üblich, dass das schweizerische Bundesamt für Verkehr (BAV) die Neuzulassung des zahnradtechnischen Teils als Gutachten durchführte. Dieses wurde dann von der zuständigen Zulassungsbehörde anerkannt, wie das heute auch bei Adhäsionsfahrzeugen im Rahmen eines Cross-Acceptance-Verfahrens möglich ist. Weil das BAV keine Gutachten mehr erstellen darf, wurde für die 2016 abgelieferte Berglokomotive 19 der Bayerischen Zugspitzbahn beim BAV eine Schweizer Typenzulassung beantragt, die von einem unabhängigen Sachverständigen geprüft und dem deutschen Eisenbahn-Bundesamt vorgelegt wurde. [76]

Bremsen

Schema der Klinkenbremse
a) Nabe des Triebzahnrades
b) Triebzahnrad
c) Bremstrommel mit innerer
Klinkenzahnung
d) Klinke
e) Klinkenfeder
f) Bremsband
Bremszahnrad eines Wagens der Wengernalpbahn
Drehgestell einer HGe 4/4 II mit Getriebekasten, zweilamelligen Zahnrad und Bandbremsen

Die Bremsen spielen für die Sicherheit der Bergbahnen eine wesentliche Rolle. Beim Ausfall der Betriebsbremse muss der Zug mit einem der mechanischen Reserve-Systeme mit mindestens 0,3 m/s² zum Stillstand gebracht werden. Ein nur wenige Sekunden ungebremster Zug würde wegen des Hangabtriebs ungeheuer beschleunigt und könnte sehr schnell nicht mehr unter Kontrolle gehalten werden. [5] Die kurze Reaktionszeit verunmöglicht die Verwendung von Steuerventilen nach UIC -Norm. [1]

Wenn das Gefälle 125 ‰ übersteigt, müssen Zahnradtriebfahrzeuge mit mindestens einer Beharrungsbremse und zwei voneinander unabhängigen Anhaltebremsen ausgerüstet sein. Bei Triebfahrzeugen mit Drehgestellen sind die beiden unabhängigen Anhaltebremsen als Getriebebremse oder Bremse auf der Motorwelle und als Zahnradbremse ausgebildet (vgl. Abbildungen im Abschnitt Elektrische und dieselelektrische Triebfahrzeuge ), wobei eine stufenlos regulierbar sein muss. [11] Die andere dient als „Notbremse“ und muss den Zug zum Stillstand bringen, ohne dass die Bremsen allenfalls angehängter Wagen mitarbeiten. Die Pufferkräfte an der Zugspitze dürfen jedoch nicht zu groß werden, um eine Entgleisung zu vermeiden. [77] Zur Vermeidung übermäßiger Bremskräfte muss ein Ansprechen beider Bremssysteme unbedingt vermieden werden. [11] Fahrzeuge für gemischten Adhäsions- und Zahnradverkehr sind zusätzlich noch mit einer Adhäsionsbremse ausgerüstet. Bei Neigungen von höchstens 125 ‰ kann als regulierbare Anhaltebremse die automatische Bremse des ganzes Zuges verwendet werden [77] oder die nicht regulierbare Anhaltebremse durch die Widerstandsbremse unterstützt werden. [78]

Als Beharrungsbremse zählen Rekuperationsbremse , Motorbremsen , hydraulische Bremsen und Gegendruckbremse . Eine fahrdrahtunabhängige Widerstandsbremse erlaubt bei Stromausfällen eine Räumung der Strecke. [1] Die mechanische Bremse kann im Normalfall nicht als Beharrungsbremse ausgelegt werden, weil die in Wärme umzusetzende potentielle Energie des Zuges die Bremsen thermisch überlasten würde. [79] Die Beharrungsbremsen müssen auch bei Ausfall der Stromversorgung oder des Dieselmotors funktionieren. Jede Anhaltebremse muss alleine in der Lage sein, den Zug auf dem größten Gefälle bei maximalem Zugsgewicht zum Stillstand zu bringen. Die Bremskräfte sind ein wichtiger Faktor der Sicherheit gegen Entgleisen. Als Anhaltebremsen kommen bei neuen Fahrzeugen unerschöpfliche Federspeicher - Bandbremsen zum Einsatz.

Bei einseitig geneigten Strecken wird oft eine Anhaltebremse als richtungsabhängige Klinkenbremse gebaut. Sie bremst nur bei Talfahrt. Bei der Bergfahrt ist die angezogene Klinkenbremse durch einen Klinkenmechanismus freilaufend und verhindert Rückwärtsrollen des Zuges. Bei der Talfahrt kann die gelöste Klinkenbremse jederzeit als normale Bremse benutzt werden.

Dass die Zahnstange für das Bremsen mindestens so wichtig ist wie für die Bergfahrt, zeigte sich 1995 und 2005 [80] , als eine Adhäsionslokomotive Ge 4/4 III der Rhätischen Bahn den 110 ‰ steilen Oberalppass mit eigener Kraft erklomm. Zur Sicherheit wurde eine hintenangestellte Zahnradlokomotive zum Bremsen mitgegeben. [81] Triebfahrzeuge für Adhäsionsstrecken mit mehr als 60 ‰ Gefälle sind mit Magnetschienenbremsen oder Wirbelstromschienenbremsen ausgestattet. [82]

Die Zahnradbremsen der Eisenbahnwagen sind im Abschnitt Eingriff der Zahnräder in die Zahnstange beschrieben.

Selbsterregte Beharrungsbremse für Umrichterfahrzeuge

Prinzipschema eines Triebfahrzeugs für Gleichstrombahnen mit Speisung der Asynchron-Fahrmotoren über Umrichter und Umschaltmöglichkeit auf die selbsterregte Widerstandsbremse.
L: Eingangsfilter- Drossel , C: Eingangsfilter-Kondensatoren , R: Bremswiderstände , B: Brems- Chopper , SR Stromrichter , ASM: Asynchron-Fahrmotor

Zunächst zögerte man, Zahnradfahrzeuge mit Drehstrom-Umrichterantrieb zu bauen. Beim Ausfall eines Stromrichters oder dessen Leitelektronik hätte der Zug mit mechanischen Bremsen im Gefälle angehalten und ein Reservetriebfahrzeug angefordert werden müssen. Wegen unzulässiger langer Streckenbelegung und Trassen führung in oft unbewohnten und schwer zugänglichen Gebieten ging man dieses Risiko nicht ein. [79]

Die Lösung besteht darin, im Störfall die Fahrmotoren vom Stromrichter abzutrennen und jede Phase der Drehstrom- Asynchronmotoren mit einem RC-Kreis zu verbinden. Die drei RC-Kreise bestehen aus den ohnehin vorhandenen Bremswiderständen und den Eingangsfilter- Kondensatoren des Stromrichters. Sobald sich die Motoren drehen, erregen sie sich selbst und erzeugen eine Bremskraft. Diese elektrische Bremse kann nicht reguliert werden. Ihre Geschwindigkeit stabilisiert sich auf Werte je nach Gefälle und Zuggewicht. Zum Anhalten wird die mechanische Bremse eingesetzt. [31] Die Schaltung ist so auszulegen, dass der Zug etwas langsamer als im Normalbetrieb talwärts fährt. Diese Selbsterregungsschaltung, die auch in Kleinstkraftwerken eingesetzt wird, wurde in Messfahrten mit der JB He 2/2 10 der Jungfraubahn im Jahr 1992 erprobt [79] und 1995 bei den He 2/2 31 und 32 der Wengernalpbahn erstmals angewandt.

Entgleisungssicherheit

Die Entlastung (rot) der bergseitigen Achsen durch die vom Triebfahrzeug ausgeübte Zugkraft (grün) kann auf steilen Streckenabschnitten die Entgleisungssicherheit beeinträchtigen.
Die Zug- und Bremskräfte werden zwischen Zahnrad und Zahnstange über die Zahnflanken übertragen. Bei idealer Schmierung ist die Richtung dieser Kraft senkrecht zur geneigten Fläche der Zahnflanke ( Normalkraft ). Die Differenz zwischen ihr und der Zug- oder Bremskraft ist der Zahnauftrieb. Er hat die Tendenz, das Fahrzeug von den Schienen abzuheben.

Im Zahnradbetrieb kann das Fahrzeug einzig über den Zahneingriff in die Zahnstange gebremst werden. Der Zahneingriff muss darum unter allen möglichen Bedingungen wie starken Querwinden , unterschiedliche Reibungskoeffizienten , Notbremsung oder Ausfall der Bremse in einem Zugteil gewährleistet sein. Die bei einer Bremsung während der Talfahrt auftretenden Kräfte belasten die vorderen und entlasten die hinteren Radsätze. Zusammen mit dem Zahnauftrieb kann die Entlastung des hinteren Radsatzes bei starker Bremsung die Gewichtskraft übersteigen und das Fahrzeug aus den Schienen heben. Weil diese gefährliche Situation verhindert werden muss, dürfen die Bremsen nicht zu stark sein. [83]

Bei Zahnstangen mit vertikalem Zahneingriff entsteht bei schlechter Schmierung eine senkrecht zur Schienenebene gerichtete Kraft, der Zahnauftrieb. Er hat die Tendenz, das Fahrzeug von den Schienen abzuheben und darf keinesfalls die Gewichtskraft des Fahrzeuges überwinden. Damit die Gefahr einer Entgleisung nicht zu groß wird, muss die Zahnstange gut geschmiert werden.

Bei geschobenen und gezogenen Zügen ist die Länge der Züge beschränkt. Die Last des Zuges übt auf der Höhe der Kupplung eine Kraft auf das Triebfahrzeug auf. Diese Längskraft und die Höhendifferenz zwischen Kupplung und Zahnstange bewirken ein Drehmoment auf das Triebfahrzeug, das dieses zusätzlich zum Zahnauftrieb bergseitig entlastet und die Entgleisungssicherheit beeinträchtigen kann. In engen Kurven verschärft sich diese Gefahr durch Seitenkräfte zusätzlich. [5] In diesen Situationen ist die Zugbildung mit starren Mittelpufferkupplungen wie Typ +GF+ oder Schwab vorteilhafter als die von der Matterhorn-Gotthard-Bahn verwendeten Ausgleichskupplung mit am Wagenkasten angebrachten Mittelpuffern. [84]

Bei Bürstenfeuer am Fahrmotorkollektor oder bei Kurzschlüssen können übermäßige Kräfte entstehen, die die Stabilität des Triebfahrzeuges gefährden. Zur Verhinderung werden zwischen den Fahrmotoren und den Triebzahnrädern Rutschkupplungen eingebaut. Beim Antrieb über einen Drehstrommotor ist diese Einrichtung nicht nötig, weil dessen maximales Drehmoment bekannt ist.

Ursprünglich wurde die Entgleisungssicherheit nach der Methode von Borgeaud nachgewiesen. [85] Die Sicherheit muss auch bei der Überlagerung von kritischen Situation, z. B. Talfahrt im Bogen mit Doppelbremsung und Seitenwind, gewährleistet sein. [47] In den 1970er-Jahren wurde aufgrund der damaligen Möglichkeiten manche Vereinfachungen, aber auch Vernachlässigungen, an der Methode von Borgeaud vorgenommen. [47] [86] Heute wird der Nachweis mit einer Computerberechnung erbracht, [48] wobei in der Regel mit einem Sicherheitsfaktor von 1,2 gerechnet wird. [47] Die bisherige Methode von Borgeaud ist nicht mehr Stand der Technik. [47]

Gleisverwindung in geneigten Gleisbögen

Helixverwindung bei den Rigibahnen unterhalb von Rigi-Kulm
Die Helixverwindung kann durch eine Wendeltreppe veranschaulicht werden. Die Steigung des äußeren Handlaufs ist wesentlich kleiner als jene des inneren Handlaufs.

Bisher nicht in den Vorschriften zur Entgleisungssicherheit berücksichtigt wird die Gleisverwindung in geneigten Gleisbögen, kurz als Helixverwindung bezeichnet. In Gleisbögen ist die Steigung der äußeren Schiene geringer als die der inneren. Befindet sich ein Drehgestell auf einem solchen Gleisabschnitt, wird das äußere Rad der oberen Achse entlastet und im Extremfall von der Schiene gehoben. Bei Steigungen bis 40 ‰ ist die Helixverwindung vernachlässigbar. Bei größeren Steigungen kann sie jedoch die maximalen Werte der Überhöhungsverwindung überschreiten. Bei der Überlagerung der beiden Verwindungen besteht je nach Randbedingungen ein Entgleisungsrisiko. In vielen für die Gleistrassierung verwendeten Computerprogrammen wird die Helixverwindung nicht berücksichtigt. [87]

Die Überlagerung von Helixverwindung und Überhöhungsverwindung ließe sich vermeiden, wenn die Überhöhungsverwindung bereits vor dem Übergangsbogen anfang eingebaut würde. Obwohl ohne Fliehkräfte im geraden Gleisabschnitt eine Überhöhung bestehen würde, wäre der Einfluss auf den Fahrkomfort gering, denn bei Bergbahnen werden wegen den geringen Geschwindgkeiten nur geringe Überhöhungen eingebaut. [47]

Bei einer gegebenen Steigung und einem sinnvollen Grenzwert von 2,5 oder 3 ‰ für die Helixverwindung ergibt sich ein Grenzradius in der Helix.

Im Gleisbau der Bergbahnen müsste nicht nur die Überhöhungsverwindung, sondern auch die davon unabhängige Helixverwindung beziehungsweise die Gesamtverwindung begrenzt werden. Bei bestehenden Strecken ist es jedoch kaum möglich, Steigungen oder Bogenradien neuen Vorschriften anzupassen. In diesem Fall müsste die bestehende Helixverwindung in der Fahrzeugauslegung berücksichtigt werden. [47]

Beispiele für maximale Helixverwindungen [87]
Bahn: BOB Brünig BZB GGB JB MGB MPPR MVR PB VRB SSB TdC WAB WZB
Anmerkungen: ¹ Schöllenenbahn
² kein Aufklettern möglich (System Locher)
³ Zahnradbahn Stuttgart

Überwachungen

Gleismagnete bei der Zahnstangeneinfahrt Stoss mit dem zugehörigen Signalschild zur Betriebsartenüberwachung bei den Appenzeller Bahnen , dahinter Neigungszeiger

Weil bei einer Überbeanspruchung der mechanischen Anhaltebremsen wegen der Erwärmung die Gefahr des Bremsversagens besteht, ist die Überwachung der Fahrgeschwindigkeit während der Talfahrt besonders wichtig. Bereits bei kleiner Überschreitung wird eine mechanische Bremse betätigt und der Zug angehalten. Auch andere für die Funktion der Bremsen wichtige Zustände werden überwacht. Eine Überbremsung durch gleichzeitige Betätigung beider mechanischen Anhaltebremsen muss verhindert werden. Bahnen mit kombiniertem Zahnrad- und Adhäsionsbetrieb sind mit einer Betriebsartenüberwachung ausgestattet. Gleismagnete oder Eurobalisen überwachen bei den Zahnstangenein- und -ausfahrten, ob der Lokomotivführer den Regimewechsel Adhäsion/Zahnrad oder umgekehrt auf dem Führertisch richtig umgestellt hat. Mit der Betriebsartenumschaltung werden auf dem Triebfahrzeug umfangreiche, zum Teil sicherheitsrelevante Funktionsänderungen vorgenommen. [77]

Die Sicherheitssteuerung , die Übergeschwindigkeitskontrolle, die Betriebsartenüberwachung oder andere technische Überwachungen können automatisch eine Schnellbremsung auslösen.

Sicherungs- und Signalanlagen

Zahnstangengleis mit Isolierstoß , auch der Zahnstangenstoß ist isoliert

Die Sicherungs- und Signalanlagen reiner Zahnradbahnen sind den örtlichen Verhältnissen angepasst und weichen von denen der Hauptbahnen oft ab. Sie sind abhängig von den zulässigen Geschwindigkeiten, der Zugdichte und den Kreuzungsstellen auf eingleisigen Strecken. Folgefahrten mehrerer Züge auf Sicht sind häufig zugelassen (vgl. Abbildung rechts im Abschnitt Vor- und Nachteile ). [1] Weil Zahnstangenweichen in der Regel nicht auffahrbar sind, ist eine eindeutige Signalisierung gegen Fahrt in falschstehende Weichen sinnvoll. [88] Vorsignale sind aufgrund der geringen Geschwindigkeiten in Zahnstangenabschnitten bei ausreichender Sicht auf die Hauptsignale häufig nicht erforderlich. Der Streckenblock dient meist nur als Gegenfahrschutz . Die Gleisfreimeldung erfolgt bei neueren Anlagen meist über Achszähler [1] , denn Gleisstromkreise können wegen der teilweise kleinen Achslasten der leicht gebauten Fahrzeuge und des Fehlens der Zugkraftübertragung über die Schienen unzuverlässig sein. Diese neigen deshalb zur Verschmutzung durch Schmiermittelrückstände, Blütenstaub und Falllaub. Es gibt jedoch auch reine Zahnradstrecken mit Gleisfreimeldung durch Gleisstromkreise, zum Beispiel die Zahnradbahn Štrba–Štrbské Pleso in der Hohen Tatra . Die in der Schweiz viele Jahre herrschende Skepsis gegenüber Gleisfreimeldeeinrichtungen mit Achszählern mag den lange ausgeübten Verzicht auf Sicherungsanlagen bei einigen Zahnradbahnen unterstützt haben. [88] Allerdings ist auf Zahnstangenabschnitten das Kollisionsrisiko geringer als bei Adhäsionsbahnen. Die niedrigen Geschwindigkeiten und die formschlüssige Kraftübertragung führen zu kürzeren Bremswegen und bei den oft übersichtlichen Gleisanlagen erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass bei einer Fehlhandlung die Züge noch vor einem Zusammenstoß anhalten können. Der Betrieb ist zumindest bei reinen Zahnradbahnen überschaubarer, wegen des Zugfunks mit offenem statt selektivem Sprachanruf ist das Bahnpersonal über alle Betriebsabweichungen informiert. [89]

Ausfahrsignale für Folgezugbetrieb in der Ausweichstelle Allmend der Wengernalpbahn . Über dem Hauptsignal links befindet sich das Rangiersignal , unter den beiden Hauptsignalen ist das Weichensignal montiert.

Der Folgezugbetrieb mit Fahrt auf Sicht reiner Zahnradbahnen führt zu Anpassungen bei den Signalanlagen. Weil bei der Wengernalpbahn die Signale nur die Fahrerlaubnis, nicht aber die zulässige Geschwindigkeit vorgeben, werden alle Fahrstraßen mit Fahrbegriff 1 angezeigt. Die Folgefahrten werden angelehnt an das Besetztsignal mit einem waagrechten, orangen Balken signalisiert, der im Hauptsignal integriert ist. [88]

Hauptsignal Bedeutung
Fahrbegriff 1 Folgezugbetrieb.png Fahrbegriff 1 an Signal Typ L für Folgezugbetrieb bei der Wengernalpbahn
Fahrbegriff 2 Folgezug.png Signalbild für Folgefahrt , angelehnt an das Besetztsignal
Signalbild Halt Folgezugbetrieb.png Signalbild Halt an Signal Typ L für Folgezugbetrieb

Bei der Ausfahrt aus der Station erfasst ein Achszähler die Gesamtzahl der Achsen aller Folgezüge. Dabei wird dem Folgezug am Ausfahrsignal das Signalbild für eine Folgefahrt gezeigt. An der nächsten Station zählt wiederum ein Achszähler die eintreffenden Achsen. Erst wenn die Gesamtzahl der Achsen eingetroffen ist, kann die Erlaubnis gewechselt werden, um die Strecke für Züge der Gegenrichtung freizugeben. Dadurch entfällt die Signalisierung von Folgezügen an den Zügen selbst. [88]

Die Eurobalisen der bei der Berner Oberland-Bahn eingesetzten Zugbeeinflussung ZSI 127 sind wegen der Zahnstangen seitlich versetzt.

Mit der Zugbeeinflussung ZSI 127 besteht seit dem Jahr 2003 ein System, das die Sicherheitsbedürfnisse gemischter Adhäsions- und Zahnradbahnen abdeckt. Im Zugsicherungssystem ZSI 127 ist die Betriebsartenüberwachung Adhäsion/Zahnstange integriert und die Geschwindigkeitsüberwachung erfolgt mit einer Genauigkeit von ±1 km/h. ZSI 127 ist mit ETCS -Komponenten aufgebaut, insbesondere mit Eurobalisen , Euroloops und ETCS-Fahrzeuggeräten. Auf ein Bediengerät im Führerstand nach ETCS-Norm ( Driver Machine Interface ) musste verzichtet werden, weil der Platz in den engen Führerständen der Schmalspurfahrzeuge oft nicht ausreicht. Wegen der Zahnstange in Gleismitte sind die Balisen außermittig angeordnet. ZSI 127 kommt bei der Zentralbahn und bei der Berner Oberland-Bahn zum Einsatz. [90] 2013 legte das Bundesamt für Verkehr eine Weiterentwicklung des Systems ZSI 127 als Standard für alle Schweizer Schmalspurbahnen, auch für solche mit reinem Adhäsionsantrieb, fest. [91] [92]

Unterschiede von ZSI 127 und ETCS [90]
Funktion ZSI 127 ETCS Level 1
Betriebsartenüberwachung Adhäsion/Zahnstange integriert nicht vorhanden
Geschwindigkeitsabstufung 1 km/h 5 km/h
Führerstandssignalisierung nein (nur Bedien- und Anzeigegerät) ja ( Driver Machine Interface )
Position Eurobalisen außermittig (bei Zahnradbahnen) in der Mitte zwischen beiden Schienen
Vorzeitiges Abfahren bei Halt zeigendem Signal auch nach Wenden nur mit Schleife oder zusätzlichen Balisen, nicht nach Wenden

Betrieb

Lokomotiven der Schynige-Platte-Bahn mit unterschiedlichen Folgezugtafeln
Das beleuchtete A signalisiert bei der Zugspitzbahn dem Gegenverkehr den letzten von bis zu drei Folgezügen.

Der Betrieb von Bahnen mit gemischtem Adhäsions- und Zahnradantrieb unterscheidet sich nicht grundsätzlich von reinen Adhäsionsbahnen. Allerdings sind die Vorschriften zur Zugbildung zu beachten, um die Entgleisungssicherheit zu gewährleisten.

Eine Besonderheiten vieler reiner Zahnradbahn sind Folgezugbetrieb mit Fahrt auf Sicht sowie gleichzeitige Einfahrten in einen Bahnhof. Bei Zahnradbahnen mit starkem Verkehr wurde es notwendig, Einspurstrecken mittels Streckenblock zu sichern. Gleichzeitig musste der Folgezugbetrieb aufrechterhalten bleiben, weil Zahnradbahnzüge zur Gewährleistung der Entgleisungssicherheit nur eingeschränkt gekuppelt werden dürfen. Die Sicherungsanlagen solcher Bahnen sind so konzipiert, dass in einer Richtung mehrere Züge freie Fahrt erhalten können.

Grundlage für die Sicherheit der Zahnradbahnen sind ein guter Unterhalt von Anlagen und Fahrzeugen sowie die Einhaltung der ausgereiften technischen und betrieblichen Vorschriften.

Betriebsergebnisse

Gemischte Zahnradbahnen

Auf der nach Eröffnung des Furka-Basistunnels nicht mehr benötigten Bergstrecke bietet die Dampfbahn Furka-Bergstrecke seit 1992 Fahrten mit historischen Zahnrad-Fahrzeugen an. Das Personal der Bahn rekrutiert sich fast ausschließlich aus Freiwilligen.

Anhand der gut dokumentierten Schweizer Bergbahnen wird die Entwicklung der Betriebsergebnisse aufgezeigt. Die Visp-Zermatt- und die Berner Oberland-Bahn waren ausgesprochen touristische Bahnen und schütteten bis 1913 respektable Dividenden aus, die in den besten Jahren 7 bis 8 Prozent erreichten. Auch die Brünigbahn Luzern–Interlaken, die Stansstad-Engelberg-Bahn und die Aigle-Leysin-Bahn erschlossen Touristendestinationen und waren rentabel . Die anderen gemischten Zahnradbahn der Schweiz hatten hingegen bereits vor dem Ersten Weltkrieg zeitweise oder dauernd finanzielle Probleme. Die Bex-Villars-Bretaye- und die 1967 eingestellte Leuk-Leukerbad-Bahn waren auf die Zuschüsse ihrer bahneigenen Elektrizitätswerke angewiesen. [93]

Ab 1914 verdüsterte sich die Finanzlage aller Bahnen rapide. Der Betrieb wurde defizitär und erholte sich auch in den 1920er-Jahren nicht. Die Bilanz vieler Bahnen musste saniert werden, wobei namhafte Teile des Aktienkapitals abgeschrieben wurde. Die 1915 in Betrieb genommene Brig-Furka-Disentis-Bahn war stets in finanzieller Schieflage und geriet 1924 in Konkurs . Ihrer Nachfolgerin, der Furka-Oberalp-Bahn , wurde auch militärische Bedeutung beigemessen. Aber finanziell sah es auch nach der Sanierung von 1925 nie gut mit ihr aus. [93]

Nach dem Zweiten Weltkrieg fusionierten die St. Gallen-Gais-Appenzell-Bahn mit der Altstätten-Gais-Bahn . Auch die Monthey-Champéry-Morgins-Bahn und 1961 die Schöllenenbahn schlossen sich mit benachbarten Unternehmungen zusammen und profitierten von den im Privatbahnhilfegesetz festgelegten Unterstützungen des Bundes. In Deutschland wurden die St. Andreasberger Kleinbahn und die Zahnradbahn Honau–Lichtenstein stillgelegt. Baulich saniert wurden im Jahr 1964 die Stansstad-Engelberg-Bahn mit dem Loppertunnel , 1982 die Furka-Oberalp-Bahn mit dem Furka-Basistunnel und 2010 die Luzern-Stans-Engelberg-Bahn mit dem Tunnel Engelberg . In Österreich übernahmen 1979 die Anliegergemeinden die Achenseebahn und sanierten die Flachstrecke mit Hilfe von Bund und Land .

Heute sind in der Schweiz die gemischten Zahnradbahnen wie die anderen Bahnen des regionalen Personenverkehrs auf Abgeltungen angewiesen. Lediglich die zu den autofreien Touristenorten Zermatt und Wengen führenden Bahnen BVZ und WAB würden auch ohne Zuschüsse Gewinne erwirtschaften. [94] In Deutschland ist die Wendelsteinbahn auf Ausgleichszahlungen angewiesen. Die dem Gemeindewerk Garmisch-Partenkirchen angegliederte Bayerische Zugspitzbahn erwirtschaftet dank der touristisch geprägten Bergstrecke kleinere Gewinne. [95] Durch Fusionen können Synergien genutzt und Kosten gespart werden. Seit 1999 verkehren vier Westschweizer Meterspurbahnen unter dem Dach der Transports Publics du Chablais . Die 2003 entstandene Matterhorn-Gotthard-Bahn verkehrt auf einem Streckennetz von 144 km, die 2005 gebildete Zentralbahn hat 98 km Länge. Die seit dem Jahr 2006 bestehenden Appenzeller Bahnen betreiben Zahnradbahnen mit drei unterschiedlichen Spurweiten.

Reine Zahnradbahnen

Die Vitznau-Rigi-Bahn erzielte im 19. Jahrhundert äußerst erfolgreiche Betriebsergebnisse.
Die Pilatusbahn ist nicht nur die steilste Zahnradbahn, ihr Betreiber erzielt auch die beste Rendite.

Die Baukosten der von 1871 bis 1912 erstellten reinen Zahnradbahnen wurden zwar meist zu niedrig angesetzt, aber die Frequenzzahlen übertrafen die Erwartungen. Bis zur Jahrhundertwende war die Rendite im Allgemeinen gut. [96] Außerordentlich erfolgreich war die Vitznau-Rigi-Bahn , die von 1871 bis 1890 eine jährliche Rendite von durchschnittlich rund 13 Prozent erzielte. [93]

Die durch weitere Neubauten entstandene Konkurrenz verminderte die Gewinne . [96] Die Arth-Rigi-Bahn konnte nicht an den finanziellen Erfolg der Vitznau-Rigi-Bahn anknüpfen und Dividenden gab es praktisch keine. Die Generoso- , die Brienz-Rothorn- und die Brunnen-Morschach-Bahn standen finanziell bis zum Beginn des Zweiten Weltkriegs stets knapp am Abgrund. Die Rorschach-Heiden-Bergbahn überstand die Kriegs- und Krisenjahre nur dank des Güterverkehrs vergleichsweise gut. Die Pilatus- , die Gornergrat- und die Jungfraubahn waren gemessen am Fahrpreis pro Kilometer die teuersten Bahnen der Schweiz. Wegen ihren im Vergleich zu den damaligen Einkommen exorbitanten Fahrpreisen konnten die beiden erstgenannten Bahnen bis 1913 alljährlich Dividenden von 4 bis 7 Prozent des Aktienkapitals ausschütten. Die Zinslasten der extrem hohen Baukosten der Jungfraubahn ermöglichten nur bescheidene Dividenden. Die zusätzlichen Investitionen vieler Bahnen für die elektrische Traktion widerspiegeln den Optimismus, der vor dem Ersten Weltkrieg in der Tourismusbranche noch vorherrschte. [93]

Die beiden Weltkriege und die Krisen dazwischen trafen die Tourismusbahnen mit aller Härte [96] und die Betriebsergebnisse rutschten tief in die roten Zahlen. [93] In Österreich mussten die Kahlenbergbahn und die Gaisbergbahn bereits nach dem Ersten Weltkrieg aufgeben, in der Schweiz war der Personenverkehr der Brienz-Rothorn-Bahn eingestellt. Ein Hoffnungsschimmer war der aufkommende Wintersport , der die Passagierzahlen ansteigen ließ, aber Ausbauten für den Winterbetrieb erforderte. [96] Nach dem Zweiten Weltkrieg mussten in Deutschland die Petersbergbahn und die Barmer Bergbahn den Betrieb einstellen, die Niederwaldbahn wurde durch eine Gondelbahn ersetzt.

Heute ist die finanzielle Lage der einzelnen Unternehmungen unterschiedlich. Die Pilatus-Bahnen erzielten 2011 bis 2016 einen durchschnittlichen Cashflow von 6,6 Prozent, die Jungfraubahn-Gruppe von 6,2 Prozent. [97] Die Jungfraubahn profitiert von den mehrheitlich aus Asien stammenden Fahrgästen, die auch bei schlechtem Wetter auf das Jungfraujoch fahren. [98] Die anderen Bahnen, auch in Deutschland und Österreich, erzielen einen geringen oder gar keinen Gewinn. Um die Jahrtausendwende wurde geprüft, die Arth-Rigi-Bahn und einen Teil der Wengernalpbahn durch kostengünstigere Luftseilbahnen zu ersetzen. [93]

Unfälle

Trotz des erheblichen Risikopotenzials wegen der großen Gefälle sind Zahnradbahnen heute ein sehr sicheres Verkehrsmittel. In der Vergangenheit kam es zu einigen schweren Unfällen mit mehreren Todesopfern. 1883 entgleiste bei der Werkbahn in Salgótarján (Ungarn) ein zurückrollender Kohlenzug, weil die Zähne des Triebzahnrads der Lokomotive eines bergwärts fahrenden Zugs brachen. [99] 1907 entgleiste bei der Brohltalbahn ein talwärts fahrender Güterzug mit Personenbeförderung und stürzte einen Bahndamm hinab. 1958 forderte der auf einen Bedienungsfehler des Lokomotivpersonals zurückzuführende Eisenbahnunfall vom Drachenfels 18 Todesopfer. 1964 entgleiste ein talwärts fahrender Zug der Rittner Bahn im Südtirol wegen schlechter Wartung von Oberbau und Fahrzeugen. [100] 1967 entgleiste die Lokomotive eines talwärts fahrenden Zuges der Mount Washington Cog Railway und kippte zur Seite, worauf der vollbesetzte Vorstellwagen ungebremst bis zur Entgleisung weiterfuhr. [101]

Geschichte

Vorgeschichte

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.

Nachgefertigtes Zahnrad der „Salamanca“
Blenkinsops „ Salamanca “ mit Zahnrad außerhalb der Schienen
Zahnstange System Blenkinsop

1811 erhielt John Blenkinsop in England das Patent Nummer 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 nicht zum Überwinden großer Steigung konstruiert, sondern führte als Industriebahn 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 durch Adhäsion erzielte. Dieses System setzte sich von nun an allgemein durch.

Zahnstange System Cathcart

1848 wurde eine 60 ‰ steile Strecke der Madison & Indianapolis Railroad in Betrieb genommen, für die der Amerikaner Andrew Cathcart eine gusseiserne Lamellenzahnstange und eine entsprechende Lokomotive entwickelte. Die Zahnstange von Cathcart war in der Gleismitte verlegt und nahm die heute übliche Lamellenzahnstange bereits vorweg. Die Anlage bewährte sich zwanzig Jahre lang, bis solche Steigungen mit gewöhnlichen Lokomotiven überwunden werden konnten. 1868 wurde die Strecke mit einer besonders dafür konstruierten Lokomotive auf Adhäsionsbetrieb umgestellt. [102]

Das Prinzip des Zahnradantriebs wurde wieder aufgegriffen, als in den 1860er Jahren die Natur touristisch erschlossen wurde und Eisenbahnen Berge erklimmen sollten.

Bahnen auf den Mount Washington und die Rigi

„Peppersass“ , die erste von Marsh erbaute Zahnradlokomotive
Zahnradlok H 1/2 System Riggenbach der früheren Vitznau-Rigi-Bahn

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 Bahn mit einer Spurweite von 1422 Millimetern ist heute noch in Betrieb, überwindet auf einer Länge von 4,8 km einen Höhenunterschied von 1097 Metern und weist eine bemerkenswert große Maximalsteigung von 374 ‰ auf.

Der aus dem Elsass stammende Niklaus Riggenbach erhielt 1863 in Frankreich ein erstes Patent für seine Zahnradbahn. Die Erfindung führte er zurück auf seine Erfahrung als technischer Leiter der Hauensteinlinie mit 26 ‰ Steigung, wo selbst mit Sandstreuen das Schleudern der Triebräder nicht immer verhindert werden konnte. 1869 erfuhr er, dass Marsh eine Zahnradbahn auf den Mount Washington baute. [103] Die von Riggenbach konstruierte Vitznau-Rigi-Bahn wurde am 21. Mai 1871 eröffnet und ist die erste Bergbahn mit Zahnradantrieb Europas. Sie führt mit einer maximalen Steigung von 250 ‰ von Vitznau in der Schweiz am Vierwaldstättersee auf die Rigi . Die Bahn endete zunächst an der Luzerner Kantonsgrenze, da die Konzessionen damals von den Kantonen erteilt wurden. Erst zwei Jahre später erreichte sie den heutigen Endpunkt Rigi Kulm. Riggenbach ging es beim Bau der Rigibahn auch darum, Vorteile der Zahnradbahn gegenüber Adhäsionsbahnen aufzuzeigen. Seine Vorschläge, Alpentransversalen wie die geplante Gotthardbahn als Zahnradbahn zu bauen, erwiesen sich jedoch als Fehlkalkulation. [96] Die ebenfalls von Riggenbach konstruierte Werkbahn zum Steinbruch Ostermundigen wurde am 6. Oktober 1871 eröffnet. Ihr Betriebsbeginn ist jedoch umstritten. [3]

Aufschwung der Zahnradbahnen

Die Kahlenbergbahn war die erste Zahnradbahn Österreichs.

Der Rigibahn war ein durchschlagender technischer und kommerzieller Erfolg beschieden. Sie leitete zu Beginn der 1880er Jahre einen Aufschwung im Bau von Zahnradbahnen ein. Die ersten Zahnradbahnen in Österreich-Ungarn waren die am 7. März 1874 eröffnete Kahlenbergbahn bei Wien und die Schwabenbergbahn in Budapest, die am 24. Juni 1874 den Betrieb aufnahm. Als erste Zahnradbahn mit nicht-touristischem Personenverkehr wurde am 6. September 1875 die Rorschach-Heiden-Bergbahn in der Ostschweiz dem Verkehr übergeben.

Die erste Zahnradbahn Deutschlands war die 1876 in Betrieb genommene Zahnradbahn des Hüttenwerks Wasseralfingen . Die beiden nachfolgenden Zahnradbahnen Grube Friedrichssegen bei Bad Ems an der Lahn und der Grube Kunst bei Herdorf im Siegerland waren Grubenbahnen . 1883 ging mit der Drachenfelsbahn die erste öffentliche Zahnradbahn in Betrieb, die heute noch im Betrieb ist. Sie hat eine Steigung von 200 ‰.

Bis zur Zeit des Ersten Weltkrieges wurden insgesamt mehr als hundert Zahnradbahnen in Betrieb genommenen, die sich mehrheitlich in Europa befanden. Die weltweit steilste Zahnradbahn ist mit einer maximalen Steigung von 480 ‰ die 1889 eröffnete Pilatusbahn , die vom Ufer des Vierwaldstättersees auf den Pilatus führt. Für diese Bahn entwickelte Eduard Locher ein spezielles, nach ihm benanntes Zahnradsystem.

Die ersten Zahnradbahnen wurden ausschließlich mit Dampflokomotiven betrieben. Im Verlaufe der 1890er Jahre kam es zur Einführung der elektrischen Traktion , die rasch an Bedeutung gewann. Nach dem Ersten Weltkrieg trat ein Rückgang der Zahl der Zahnradbahnen ein, weil der Zahnradbetrieb durch Adhäsionsantrieb ersetzt oder der Verkehr eingestellt wurde. Viele ursprünglich mit Dampf betriebene Bahnen wurden elektrifiziert, bei einigen wurden die Dampfloks durch Dieseltriebfahrzeuge ersetzt oder ergänzt. Durch die im Laufe der Jahre erfolgte Erneuerung des Rollmaterials wurden Leistungsfähigkeit und Attraktivität der modernisierten Zahnradbahnen gesteigert, wie einige Beispiele zeigen:

Im 20. Jahrhundert sind neue Zahnradstrecken entstanden durch den Umbau und die Erweiterung von Standseilbahnen , wie die Zahnradbahn Lausanne–Ouchy , der Dolderbahn in Zürich oder eine Tunnelstrecke in Lyon, die heute in das Netz der städtischen Métro integriert ist. 1987 wurde in Australien die Perisher 1987 zur Erschließung eines Skigebiets dem Verkehr übergeben. Im Jahr 1990 wurde in Japan wegen des Baus eines Staudamms ein Abschnitt der bisher als reine Adhäsionsbahn betriebenen Ikawa-Linie verlegt und mit Zahnstange versehen.

Dagegen wurden schon seit den 1920er Jahren viele Strecken mit Zahnstangenabschnitten mit Neigungen bis etwa 70 ‰ auf reinen Adhäsionsbetrieb umgestellt. Möglich wurde es durch Fortschritte im Lokomotivbau, höhere Achslasten aufgrund von stabilerem Oberbau und dem flächendeckenden Einsatz der durchgehenden, selbsttätigen und mehrlösigen Druckluftbremsen . Pionierleistungen auf diesem Gebiet erbrachte die Halberstadt-Blankenburger Eisenbahn mit ihrer Strecke Blankenburg–Tanne (seinerzeit „Harzbahn“, später Rübelandbahn genannt). Auch als Gruben- und Industriebahnen existieren keine Zahnradbahnen mehr. Sie wurden durch Förderbänder und gleislose Förderung abgelöst. [1]

Siehe auch

Literatur

  • Walter Hefti : Zahnradbahnen der Welt. Birkhäuser, Basel 1971, ISBN 3-7643-0550-9 .
  • Walter Hefti: Zahnradbahnen der Welt. Nachtrag. Birkhäuser, Basel 1976, ISBN 3-7643-0797-8 .
  • Beat Keller: Zahnradbahnen – Ein Leitfaden für die Projektierung . In: Schweizer Eisenbahn-Revue . Nr.   4–5 . Minirex, 1991, ISSN 1022-7113 , S.   115–135 .
  • Dolezalek: Zahnbahnen. In: Enzyklopädie des Eisenbahnwesens , herausgegeben von Victor von Röll , Band 10. Berlin und Wien 1923, S. 451–468. (Zeno.org)
  • Dolezalek:Gemischte Bahnen. In: Enzyklopädie des Eisenbahnwesens , herausgegeben von Victor von Röll, Band 5. Berlin und Wien 1914, S. 272–273. (Zeno.org)
  • Alfred Moser: Der Dampfbetrieb der schweizerischen Eisenbahnen 1847–1966. Birkhäuser, Basel 1967, S. 353–385
  • Žarko Filipović: Elektrische Bahnen: Grundlagen, Triebfahrzeuge, Stromversorgung. Springer-Verlag, 2004, ISBN 978-3-540-55093-8 . S. 203–212
  • Rudolf Schmid: Die Zahnradbahn als modernes Transportmittel. In: Schweizer Ingenieur und Architekt , Band 97 (1979), Heft 23 (E-Periodica.ch, PDF; 3,5 MB).
  • Rolf Honegger: 100 Jahre Brünigbahn – Die Zahnradtechnik In: Schweizer Ingenieur und Architekt , Band 106 (1988), Heft 40 (E-Periodica.ch, PDF; 1,1 MB).
  • Zahnstangen. In: Internetseite der Firma Tensol Rail, Giornico. Abgerufen am 15. Juli 2017 .
  • Wolfgang Messerschmidt: Zahnradbahnen, gestern, heute, in aller Welt. Die Geschichte der Zahnradbahnen , Franckh, Stuttgart 1972, ISBN 3-440-03833-5
  • Karl Sachs : 50 Jahre schweizerische elektrische Bergbahnen. In: Schweizerische Bauzeitung (SBZ). (archiviert in E-Periodica der ETH-Bibliothek):
    Erster Teil. In: SBZ, Band 66 (1948), Heft 50 (PDF, 4,2 MB)
    Schluss. In: SBZ, Band 66 (1948), Heft 51 (PDF, 5,0 MB)
  • Thomas Fleißig: Zahnradbahnen in Österreich. Eisenbahn-Bildarchiv. EK, Freiburg 2004, ISBN 3-88255-349-9 .
  • Arthur Meyer, Josef Pospichal: Zahnradbahnlokomotiven aus Floridsdorf , Verlag bahnmedien.at, Wien 2012, ISBN 978-3-9503304-0-3 .
  • Theo Weiss: Stadler – von der Stollenlokomotive zum Doppelstockzug. Minirex, Luzern 2010, ISBN 978-3-907014-33-2 , S. 104–109
  • Klaus Fader: Zahnradbahnen der Alpen. 19 Bergbahnen in Deutschland, Frankreich, Österreich und der Schweiz. Franckh-Kosmos , Stuttgart / Ott, Thun 1996, ISBN 3-440-06880-3 / ISBN 3-7225-6346-1 (Ott); Tosa, Wien 2003, ISBN 3-85492-791-6 .
  • Werner Latscha (Hrsg.): Sieben Bergbahnpioniere. Schweizer Pioniere der Wirtschaft und Technik, Nr. 81. Verein für Wirtschaftshistorische Studien, Zürich 2005, ISBN 978-3-909059-34-8 .
  • Josef Hons: Bergbahnen der Welt. Zahnradbahnen, Schienen- und Standseilbahnen, Schwebebahnen und Skilifts. transpress-Verlag, Berlin 1990, ISBN 3-344-00475-1 .
  • Zahnstangenbahnen. In: Lexikon der gesamten Technik und ihrer Hilfswissenschaften , herausgegeben von Otto Lueger, Band 8. Stuttgart und Leipzig 1910, S. 962–965. (Zeno.org)

Weblinks

Wiktionary: Zahnradbahn – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Commons : Zahnradbahn – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise und Anmerkungen

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  3. a b c d Kilian T. Elsasser, Verkehrshaus der Schweiz (Hrsg.): Gnom . Niklaus Riggenbach – Der Bergbahnpionier und seine Zahnrad-Dampflok «Gnom». AS Verlag, Zürich 2002, ISBN 3-905111-80-2 .
  4. Hans-Peter Bärtschi , Anne-Marie Dubler : Eisenbahnen – 3.3 – Nebenlinien. In: Historisches Lexikon der Schweiz . 11. Februar 2015 , abgerufen am 4. Juni 2019 .
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  7. a b Walter von Andrian: Dieselelektrische Zahnrad-/Adhäsionslokomotiven für Indonesien. In: Schweizer Eisenbahn-Revue , Nr. 1–2. Minirex, 1994, S. 10–11.
  8. a b Michael Burger, Jürg Schöning: Die grösste Zahnradlokomotive der Welt für die Strecke Paranapiacaba - Raiz da Serra der MRS Logística . In: Schweizer Eisenbahn-Revue . Nr.   4 . Minirex, 2014, S.   176–181 .
  9. Beat Keller: Zahnradbahnen – Ein Leitfaden für die Projektierung, S. 134–135
  10. Žarko Filipović: Elektrische Bahnen: Grundlagen, Triebfahrzeuge, Stromversorgung, S. 205
  11. a b c d e Hans Schlunegger: Moderne Doppeltriebwagen BDhe 4/8 211–214 für die Jungfraubahn . In: Schweizer Eisenbahn-Revue . Nr.   12 . Minirex, 1992, S.   549–557 .
  12. Zahnstangenschmierung – Praktische Erfahrungen (PDF; 113 kB) , Ernst Zbinden bei der Fachtagung Zahnradbahnen 2010 in Brig, abgerufen am 29. Oktober 2012
  13. a b c d Peter Berger: Dokumentation der Zahnradbahntechnik basierend auf Archiv- und Erfahrungswissen In: Ferrum: Nachrichten aus der Eisenbibliothek, Stiftung der Georg Fischer AG , Band 86, 2014 (E-Periodica.ch, PDF; 10,7 MB).
  14. a b Walter Hefti: Zahnradbahnen der Welt , S. 156
  15. Nekrologe – Arnold Pauli. In: Schweizerische Bauzeitung , Band 105 (1935), Heft 12 (E-Periodica.ch, PDF; 0,4 MB).
  16. a b Emil Strub: Wengernalpbahn (Fortsetzung). In: Schweizerische Bauzeitung , Band 22 (1893), Heft 9 (E-Periodica.ch, PDF; 4,4 MB).
  17. a b c Josef Hardegger: 100 Jahre Gaiserbahn, 1889–1989. Verlag Schläpfer, Herisau 1989, ISBN 3-85882-063-6 . Seite 113–114
  18. Kilian T. Elsasser: Restaurierung der Zahnrad-Dampflok Gnom im Verkehrshaus der Schweiz, Januar 2000 bis März 2002. Schweizerische Gesellschaft für Technikgeschichte und Industriekultur, Oktober 2000
  19. a b EE Seefehlner, HH Peter: Elektrische Zugförderung: Handbuch für Theorie und Anwendung der Elektrischen Zugkraft auf Eisenbahnen. Springer Verlag, 1924, S. 547–548
  20. Siegfried Abt: Beitrag zur Geschichte der Zangenbremsen. In: Schweizerische Bauzeitung, Band 48 (1906), Heft 22 (E-Periodica.ch, PDF; 4,1 MB).
  21. a b Verband öffentlicher Verkehr (Hrsg.): D RTE 29700 Systemtechnik Zahnradbahnen Dokumentation . 31. März 2010
  22. Ausfahrt aus Abt Ichishiro mit Abt-Zahnstange Foto in Wikimedia, 16. Dezember 2007
  23. Dolezalek: Zahnbahnen , Kapitel Stufenzahnstangen, Bauart Abt.
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  25. Fritz Balmer: Aus Unfalltief zu Frequenzhoch. Generalversammlung der Berner Oberland-Bahnen AG. In: Jungfrau Zeitung , 17. Juni 2004
  26. a b Der Begriff "Aufsteigen" wird zweifach benutzt: 1. Die Flanken der Zahnstangen sind schräg, weshalb die übertragene, parallel zur Fahrtrichtung wirkende Kraft eine Komponente in Flankenrichtung hat. Bei nicht ausreichend hoher Gegenkraft durch das Fahrzeuggewicht rutschen die Zähne des Zahnrades aus der Zahnstange heraus. Zusammen mit dem Zahnrad wird das Fahrzeug angehoben. 2. Die Köpfe der Zähne treffen aufeinander und rollen aufeinander ab.
  27. Siegfried Abt: Das neue vereinigte Reibungs- und Zahnbahn-System Peter. In: Schweizerische Bauzeitung , Band 71 (1918), Heft 1 (E-Periodica.ch, PDF; 2,8 MB) und Band 71 (1918), Heft 2 (PDF; 2,6 MB).
  28. Emil Strub: Zum 25jährigen Jubiläum der Rigibahn (II.) In: Schweizerische Bauzeitung , Band 27 (1896), Heft 23 (E-Periodica.ch, PDF; 5,4 MB).
  29. Ausführungsbestimmungen zur Eisenbahnverordnung (AB-EBV) UVEK , 1. November 2020 (PDF; 9 MB). AB 33.1 Punkt 5 Zahnstangen von Zahnradbahnen
  30. Ausführungsbestimmungen zur Eisenbahnverordnung (AB-EBV) UVEK , 1. November 2020 (PDF; 9 MB). AB 54.2.b.1 Zahnstange mit vertikalem Zahneingriff , Ziffer 1.7
  31. a b Sébastien Jarne, Klaus Potocnik, Hans Schlunegger: Neue Güterzuglokomotiven 31 und 32 der Wengernalpbahn . In: Schweizer Eisenbahn-Revue . Nr.   3 . Minirex, 1996, S.   92–103 .
  32. Andreas Meier, Urs Wieser, Anton Zimmermann: Dieselelektrische Zahnrad- und Adhäsionslokomotive und Schneeschleuder für die Zahnradbahn Ribes – Nuria . In: Schweizer Eisenbahn-Revue . Nr.   4 . Minirex, 1995, S.   157–164 .
  33. Beat Keller: Zahnradbahnen – Ein Leitfaden für die Projektierung, S. 125–126
  34. a b c Beat Feusi, Reinhard Zuber, Gerhard Züger: Neue Zahnrad-Triebzüge ABeh 150, ABeh 160 und ABeh 161 für die Zentralbahn . Fortsetzung aus Heft 3/2017. In: Schweizer Eisenbahn-Revue . Nr.   4 . Minirex, 2017, S.   192–199 .
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  60. Siegfried Abt: Die neuen Lokomotiven der Staatsbahnen auf Sumatra (Westküste) . In: Schweizerische Bauzeitung. Band 78 (1921), Heft 7 (E-Periodica.ch, PDF; 2,1 MB).
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  62. Raimar Lehmann: Dampflok-Sonderbauarten. Springer, Basel, ISBN 978-3-0348-6757-3 , S. 183
  63. Martin Gerber, Walter Hürlimann, Peter Maurer: Neue Lokomotiven HGe 4/4 II für die Brüniglinie der SBB und für die Furka-Oberalp-Bahn . In: Schweizer Eisenbahn-Revue . Nr.   6 . Minirex, 1985, S.   183–195 .
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  65. a b Hans Waldburger: 125 Jahre Rorschach – Heiden-Bergbahn (RHB) (Teil 6) ( Memento vom 18. Februar 2005 im Internet Archive ). In: Schweizerischen Eisenbahn-Amateur-Klub Zürich (SEAK) , 2000
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  68. Mathias Rellstab: Zahnrad-Riese entsteht. In: Schweizer Eisenbahn-Revue. Nr. 4. Minirex, 2012, S. 193.
  69. Ausführungsbestimmungen zur Eisenbahnverordnung (AB-EBV) UVEK , 1. November 2020 (PDF; 9 MB). AB 54.2.b.4 Bremsen beim Ziehen von Wagen , Ziffer 1.2
  70. Ausführungsbestimmungen zur Eisenbahnverordnung (AB-EBV) UVEK , 1. November 2020 (PDF; 9 MB). AB 54.2.b.4 Bremsen beim Ziehen von Wagen , Ziffer 1
  71. Einseitig geneigte Zahnradbahnen in den deutschsprachigen Ländern mit Wendezügen, deren Triebfahrzeug talseitig eingereiht ist: Altstätten–Gais (AB), Rorschach–Heiden (AB), Jungfraubahn , Arth–Rigi (RB), Vitznau–Rigi (RB),Wengernalpbahn , Luzern-Stans-Engelberg-Bahn (bis 2010), Gornergratbahn , Schöllenenbahn (MGB), Martigny–Châtelard (TMR), Lausanne–Ouchy (bis 2006) , Blonay–Les Pléiades (CEV), Aigle–Leysin (TPC), Aigle–Champéry (TPC), Bex–Villars (TPC), Zugspitzbahn und Schneebergbahn . Die Links verweisen auf ein Bild als Beleg.
  72. Einseitig geneigte Zahnradbahnen mit Wendezügen, deren Triebfahrzeug bergseitig eingereiht ist: St. Gallen–Appenzell (AB, bis 2018; Ruckhaldekurve mit 30 Meter Radius), Berner Oberland-Bahn , Luzern–Stans–Engelberg abgerufen am 29. Dezember 2020 (zb, seit 2010) und Visp–Zermatt (MGB). Die Links verweisen auf ein Bild als Beleg. Nicht erwähnte Bahnen sind beidseitig geneigt oder betreiben keine Wendezüge.
  73. Verein Deutscher Eisenbahnverwaltungen (Hrsg.): Grundzüge für den Bau und die Betriebseinrichtungen der Lokalbahnen. Berlin, 1. Januar 1909, §21.
  74. Hans Waldburger: 125 Jahre Rorschach – Heiden-Bergbahn (RHB) (Teil 3) ( Memento vom 17. Februar 2005 im Internet Archive ). In: SEAK , 2000
  75. Verordnung über Bau und Betrieb der Eisenbahnen (Eisenbahnverordnung, EBV) Schweizerische Eidgenossenschaft, 23. November 1983
  76. Michael Burger: Elektrische Berglokomotive 19 der Bayerischen Zugspitzbahn. In: Schweizer Eisenbahn-Revue , Nr. 12/2017, Minirex, S. 607
  77. a b c Werner Hubacher, Othmar Wilhelm: Die Serieausführung der Brünigbahn-Lokomotiven HGe 4/4 101 961–968. In: Schweizer Eisenbahn-Revue , Nr. 10. Minirex, 1989, S. 231–239.
  78. Michael Burger: Neue dieselelektrische Lokomotiven Hm 2/2 und HGm 2/2 für verschiedene Zahnradbahnen. In: Schweizer Eisenbahn-Revue , Nr. 12. Minirex, 2011, S. 585–593.
  79. a b c Martin Aeberhard, Andreas Meier, Markus Meyer: Selbsterregte Beharrungsbremse für Zahnradfahrzeuge mit Asynchron-Fahrmotoren. In: Schweizer Eisenbahn-Revue , Nr. 4. Minirex, 1992, S. 130–132.
  80. Mathias Rellstab: Ge 4/4 III auf dem Oberalppass. In: Schweizer Eisenbahn-Revue. Nr. 6. Minirex, 2005, S. 260–261.
  81. Walter von Andrian: RhB-Ge 4/4 III bei der FO. In: Schweizer Eisenbahn-Revue , Nr. 6. Minirex, 1995, S. 260–261.
  82. Ausführungsbestimmungen zur Eisenbahnverordnung (AB-EBV) UVEK , 1. November 2020 (PDF; 9 MB). AB 52.1 Anforderungen an Bremssysteme , Ziffer 9
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