Zahnstangenbahnen

[962] Zahnstangenbahnen (Zahnradbahnen) suchen mit möglichst geringen Anlagekosten bei Anwendung leichter Dampflokomotiven und geringer Fahrgeschwindigkeit sehr starke Steigungen auf einem leichten Oberbau zu überwinden, wobei die Fortbewegung eines Zuges durch Eingreifen eines von der Lokomotive bewegten Zahnrades in eine in der Mitte des Gleises liegende und mit demselben verbundene Zahnstange bewirkt werden muß, da hierzu die gewöhnliche Reibung zwischen Rad und Schiene nicht mehr ausreicht.

Die Fortbewegung des Zuges wird unter Fortfall des Hebens eines großen Teiles der Motorlast ermöglicht, während bei der Talfahrt die Zahnstange als Stütze zum Anhalten des Zuggewichtes dient. Diese Verhältnisse gestalten sich noch günstiger, wenn statt der Lokomotive ein leichterer elektrischer Motorwagen verwendet wird, welcher keine Betriebsvorräte mitzuführen hat und gleichzeitig zur Beförderung der Nutzlast eingerichtet werden kann. Nachdem sich die ursprünglich für den Touristen- und Industrieverkehr hergestellten Zahnstangenbahnen bewährt hatten, ging man daran, die Zahnstange auch für den durchgehenden Personen- und Güterverkehr zu benutzen, und so entstanden die Eisenbahnen des sogenannten gemischten Systems, bei denen Reibungsstrecken mit Zahnstangenstrecken, je nach den Steigungsverhältnissen, abwechseln und die Zugkraft von ein und derselben Maschine ausgeübt wird (vgl. a. Gebirgsbahnen). Die allmähliche Entwicklung des Oberbaues ist in ad (s. die Figur) dargestellt; vgl. a. [1] und [2]. Abt [3] ist 1882, von der Leiterstange ganz abweichend, zur ursprünglichen Form der Zahnstange, nämlich Zahn und Steg aus einem Stück bestehend, zurückgekehrt. Als Abänderung der Abtschen Zahnstange ist die vereinzelt auf der San Elloro-Saltino-Bahn bei Florenz verwendete Zahnstange von Telfner zu erwähnen, bei welcher zwei mit dem Rücken verbundene, verstärkte Winkeleisen, eventuell noch durch dazwischen geschobene Flacheisen in ihren aufrecht stehenden Teilen nach der Abtschen Weise gezahnt sind, während die horizontalen Schenkel zur Befestigung auf dem Sattel bezw. direkt auf der Querschwelle dienen [4]. – Für ganz außerordentliche Steigungen bis 48% hat Locher bei der Pilatusbahn eine weitere, aus einer Lamelle bestehende Form (s. e in der Figur) angewendet; diese ist jedoch liegend angeordnet und beiderseits verzahnt zum Eingriff von zwei wagerechten, einander gegenüberliegenden Zahnrädern. Das System wurde aber nur einmal angewendet, da so bedeutende Steigungen nur äußerst seiten beansprucht werden [5]. – Das neueste System ist jenes von Strub, das bei der Jungfraubahn zur Anwendung gelangen wird; dessen Zahnstange (s. f in der Figur) ist von bisher unerreichter Einfachheit, hat einen konischen Kopf, wodurch es ermöglicht wird, Sicherheitszangen anzuwenden, die den Auftrieb des Fahrzeuges und seitliches Abgleiten des Zahnrades verhindern und jedem Krümmungshalbmesser leicht angepaßt werden können [6].

Die Zahnstangenbahnen können entweder normal- oder schmalspurig, ein- oder zweigleisig hergestellt werden; ihre Bahnanlage unterscheidet sich grundsätzlich nicht von den ökonomisch hergestellten Reibungsbahnen mit möglichster Anschmiegung an das Gelände. Bisher wurde größtenteils die Meterspur angewendet: die geringste in Verwendung gelangte Spurweite war 0,60 m. Die Steigungen variieren von 45‰ bis 377‰ bei stehenden Verzahnungen und bis 480‰ bei liegenden; allgemein dürfen 200–300‰ bei stehenden Verzahnungen als Sicherheitsgrenze für den Zahneingriff angenommen werden. Die zulässigen Krümmungshalbmesser schwanken von 30 m bis 120 m; Bahnkrümmungen mit großen Halbmessern sind jedoch ebenso vorteilhaft wie bei gewöhnlichen Bahnen. – Der Stahloberbau besteht aus den beiden Fahrschienen, zwischen welchen in der Mitte des Gleises die Zahnstange liegt; die Fahrschienen sind mittels Klemmplatten und Fußschrauben auf eisernen Querschwellen befestigt und an den Stößen mit Winkellaschen verbunden. Die flußeiserne oder stählerne Leiterstange, die durchschnittlich[962] aus 2–3 m langen Segmenten besteht, wird entweder unmittelbar auf eiserne Querschwellen, oder, wenn eine große Höhenlage erforderlich, auf Sattel gebracht und an den Stößen verlascht; das Gewicht einer eisernen Querschwelle beträgt 35 kg, und jenes eines kompletten Oberbaugestänges 150 kg pro Meter. Die aus Flußstahl hergestellten Zahnstangen haben je nach der Steigung verschiedene Lamellenstärken. Das Gewicht einer zweiteiligen Stange beträgt 30–50 kg pro Meter. Die Zusammensetzung der einzelnen, auf Stühlen ruhenden Zahnstangenelemente erfolgt erst bei Verlegung auf den Schwellen. Die Fahrschienen sind gewöhnlich Vignolesschienen von 20–23 kg Gewicht pro Meter. Zur Verhinderung des Wanderns des Oberbaues ist derselbe bei den meisten Bahnen derart verankert, daß vor den Schwellen Winkeleisen in Abständen von etwa 100 m im Unterbau befestigt sind. – Spurerweiterungen und Uebergangskurven können wegen der geringen Fahrgeschwindigkeit entweder ganz entbehrt oder wesentlich beschränkt werden; dagegen ist die Ueberhöhung des äußeren Schienenstranges auf die Hälfte der sonst üblichen zulässig. Von großer Wichtigkeit ist zur Vermeidung von Entgleisungen die Ausrundung der Gefällwechsel, und zwar mit Bögen von 500 m Halbmesser bei den konkaven und mit 100 m Halbmesser bei den konvexen Gefällwechseln. – Der Uebergang der Züge von einem Gleise auf das andre wird mit Schiebebühnen, beweglichen und festen Zahnstangenweichen bewirkt. Die Zahnstangeneinfahrten bei dem gemischten System, Zahnstangen und Reibungsbahnen, bestehen aus einem elastisch gelagerten, eigentlichen Einfahrtsstück von etwa 3 m Länge, das mit seinem rückwärtigen Teile an die feste Zahnstange anschließt [7].

Die allgemein gültigen und bewährten Regeln werden auch bei den Zahnradlokomotiven angewendet, bei welchen aber mit wenig Gewicht eine sehr hohe Zugkraft zu erreichen gesucht wird. Bei den neueren Zahnstangenbahnen wird in der Regel die Reibungswirkung der Maschine nicht ausgenutzt. Die Lokomotiven Abtschen Systems sind in der Schweizerischen Bauztg. 1898 beschrieben. Andre neuere Lokomotiven s. [15].


Zahnstangenbahnen

[963] Die Personenwagen bei Touristenbahnen sind in der Regel Aussichtswagen mit halboffenem Oberteil des Wagenkastens und von möglichst leichter Bauart, was nur bei einer Wagenklasse und mit einfachster Ausstattung vollkommener erreicht wird. Dieselben sind teils zwei- oder vierachsig auf Drehgestellen und unterscheiden sich von den gewöhnlichen Wagen nur durch die Bremsanordnung, welche aus einem Bremszahnrad und zugehörigem Hebelwerk besteht; sie haben je nach Größe 48–60 Sitzplätze. Das Eigengewicht des leichtesten Wagens beträgt 75 kg pro Sitzplatz.

Die Güterwagen haben 6 t Tragkraft bei 2–5 t Eigengewicht. Die Wagen für Reibungs- und Zahnradbetrieb sind den vorerwähnten Wagen ähnlich, nur ist wegen des durch die beweglichen Weichen veranlaßten kontinuierlichen Zahneingriffes nur ein Zahnrad erforderlich, welches unter dem Drehzapfen eines Drehgestelles liegt und die zusammengehörigen Bremszahnräder mit Bremsrollen trägt. Zeichnungen und Beschreibungen von Wagen, sowohl für reine Zahnstangenbahnen als auch für das gemischte System finden sich in [15].

Die Fahrgeschwindigkeit bei Touristenbahnen mit großen Steigungen beträgt 5–7 km, bei mittlerer Steigung 8–10 km; auf Bahnen für den allgemeinen Verkehr mit gut konstruierter Zahnstange 12–15 km und auf den zugehörigen Reibungsstellen bis 18 km pro Stunde, während jene mit getrennten Mechanismen sich wie gewöhnliche Lokomotiven von gleichem Raddurchmesser bewegen. – Aus Betriebssicherheitsrücksichten wird der Zug in der Bergfahrt von der Maschine geschoben, in der Talfahrt befindet sich dieselbe an der Spitze des Zuges; die Wagen werden bei der Fahrt mit der Maschine nicht zusammengekuppelt. Das Einfahren in die Zahnstange beim gemischten System geschieht ohne jedes Anhalten.

Touristenbahnen haben gewöhnlich nur Sommerbetrieb. Bei den gemischten Bahnen, die während des ganzen Jahres regelmäßig verkehren, ergaben sich erfahrungsgemäß zur Winterszeit keine ernstlichen Schwierigkeiten. Bei reinen Zahnstangenbahnen, die gewöhnlich kurz sind, können die Fahrbetriebsmittel bei geringer Fahrgeschwindigkeit nicht genügend ausgenutzt werden, wodurch die Betriebskonten, auf das Kilometer reduziert, ziemlich hoch sind; ebenso sind die Bahnerhaltungskosten pro Bahnkilometer, insbesondere wegen Schmierung der Zahnstange, höher als bei gewöhnlichen Reibungsbahnen. – Zahnstangenbahnen können auch mit Benutzung von Fahrstraßen ausgeführt werden (St. Gallen–Gais), s. [8]. Zahnstangenbahnen werden auch elektrisch betrieben, z.B. die doppelgleisige Barmener Bergbahn [9], die Bahn auf den Mont Salève [10], Salgo-Tarjan [11], Gornergratbahn [12].

Die Anlagekosten der Zahnstangenbahnen bewegen sich zwischen 64000 und 640000 M pro Kilometer; dieselben werden nur zum geringsten Teil von dem System beeinflußt. Die von der Zahnstangeneinrichtung der Lokomotiven herrührenden Mehrkosten betragen 48000 bis 56000 M pro Kilometer; die übrigen Kosten stehen mit dem System in keinerlei unmittelbarem Zusammenhang [13]. – Mit Ende 1897 waren auf der gesamten Erde 71 Zahnstangenbahnen in der Gesamtlänge von 887,8 km im Betriebe, darunter 32 reine Zahnstangenbahnen. Von den Bahnen hatten je 1 die Zahnstangen von Bissinger, Locher und Telfner, je 2 Bahnen das System Marsh und Klose, 53 Bahnen das System Abt, wie aus der Zusammenstellung S. 963 zu entnehmen ist, ferner 35 Bahnen das System Riggenbach und für Touristenbahnen das System Strub bei der Jungfraubahn, der Triest–Opcinabahn, der Mendelbahn in Tirol und der Vesuvbahn angewendet [14], [15].


Literatur: [1] Chemins de fer à fortes pentes et à crémaillere, système Riggenbach, Zürich 1889; Zwick, H., Die Rigieisenbahn mit Zahnradbetrieb, Leipzig 1873; Abt, R., Die drei Rigibahnen und das Zahnradsystem, Zürich 1871; Kronauer, J.H., Schweizerische polytechnische Zeitschr., Zürich 1870; Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, Wiesbaden 1870 u. 1871; Deutsche Bauztg., Berlin 1872; Schweizerische Bauztg. 1891 u. 1893; Müller, Grundzüge des Kleinbahnwesens, Berlin 1895. – [2] Bissinger, Die Zahnstange und Zahnstangenoberbau der Höllentalbahn, Archiv für das Eisenbahnwesen, Berlin 1887; Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens 1887. – [3] Abt, Betriebsergebnisse auf Adhäsion und Zahnstange, Luzern 1896; Abts Zahnradbetrieb, Zahnstange und Zahnradlokomotive, Wiesbaden 1888; Abt, Ein neues Zahnradsystem, Zeitschr. f. Eisenbahnen und Dampfschiffahrt, Wien 1888; Ders., Mitteilungen über neuere Zahnradbahnen, ebend. 1891; Zwei neue elektrische Bergbahnen mit Abtscher Zahnstangen- und Reibungsstrecke, Schweizerische Bauztg., Bd. 39, 1896; Die Entwicklung des Zahnradsystems Abt während der letzten 10 Jahre in Oesterreich-Ungarn, Zeitschr. des Oesterr. Ing.- u. Arch.-Ver., Wien 1898, Nr. 19 u. 20. – [4] Walloth, K., Zahnradbahnen, Kalender für Eisenbahntechniker, Wiesbaden 1898. – [5] Pilatusbahn, Rölls Enzyklopädie, Bd. 6, Wien 1894; Die Pilatusbahn, Zentralbl. der Bauverwalt., Berlin 1890. – [6] La voie et la crémaillère du chemin de fer de la Jungfrau, Revue générale des chemins de fer, Paris 1897; Strub, E., Der Oberbau der Jungfraubahn, Schweizerische Bauztg., Zürich 1897, Bd. XXIX, Nr. 13; Ueber die Jungfraubahn im Berner Oberland und die Eisenbahnprojekte auf den Montblanc, Mitteil. des Ver. für die Förderung des Lokal- und Straßenbahnwesens, 12. Heft, 1903. – [7] Abts Zahnradsystem, Rölls Enzyklopädie, Bd. 1, Wien, Wien 1890; Rackrail, Locomotives for the Sumatra State Railway, Engineering, London 1897, S. 281; Snowdon Mountain Railway, ebend. 1896, S. 427; Seligmann, Die Erzbergbahn, Zeitschr. für Eisenbahnen und Dampfschiffahrt, Wien 1892, Nr. 19 u. 20; Ingoviz, A., Eisenbahn Eisenerz–Vordernberg, Zahnradbahn kombiniert mit Adhäsionsbahn, Wien 1892; Reibungsbahnen und Bahnen gemischten Systems, ein Vergleich ihrer wirtschaftlichen Verhältnisse, Zeitschr. für Bauwesen 1903; Schneider, Die Zahnradbahnen und ihre Anwendung auf den Harz, Berlin 1889; Ders., Erfahrungen im Bau und Betrieb von Zahnradbahnen, Berlin 1894; Kuntze, A., Die schmalspurige Eisenbahn von der Lahn nach der Grube bei Oberlahnstein; Gemischte Adhäsion und Zahnradbahn, Leipzig 1883; Pfeuffer, Ueber den Bau und Betrieb der bosnisch-herzegowinischen Staatsbahnen, insbesondere der Zahnradbahn zwischen Serajewo und Konyica, Zeitschr. des Oesterr. Ing.- u. Arch.-Ver., Wien 1892;[964] Kombinierte Adhäsion und Zahnradbahn von Blankenberg nach Tanne, Deutsche Straßen- und Kleinbahnztg., Berlin 1896, Nr. 40; Mayer, M.J., Le chemin de fer de Viège à Zermatt à voie de 1 m et à système mixte adhérence et crémaillère, Paris 1891; Bock, F., und Abt, Das System Abt für kombinierte Adhäsions- und Zahnradbahnen, Wien 1888. – [8] Goering, A., Eine Straßenbahn mit Zahnstrecken (St. Gallen–Gais), Berlin 1892; Martin, F., et Clarard, L., Monographie d'un chemin de fer routier à voie de 1 m à adhérence et à crémaillere avec déclivités maxima de 92 m et rayons minima de 30 m; Port, M., Le chemin de fer à crémaillère à Sumatra, Haye 1892; Chemin de fer de Saint Gall à Gais, Paris 1891. – [9] Die elektrische Zahnradbahn in Barmen, Oesterr. Eisenbahnztg., Wien 1898, XXI. Jahrg.; Die elektrische Bergbahn in Barmen, Zeitschr. des Oesterr. Ing.- u. Arch.-Ver. 1895; Daubner, Die Barmer Bergbahn, Zeitschr. Deutsch. Ing. 1902. – [10] Chemin de fer électrique du Salève, La Révue technique, Paris 1897. – [11] Wilczek, Graf Ed., Die Bergbahn Tiszolcz–Erdököz in Ungarn, Zeitschr. für Eisenbahnen und Dampfschiffahrt, Wien 1897, 7. Heft, S. 109; Kritische Beschreibung der bis jetzt gebauten Zahnradlokomotiven für gemischten Betrieb, Glasers Ann. 1903. – [12] Dreiphasenwechselstrombahn Zermatt-Gornergrat, Zeitschr. für Elektrotechnik, Wien 1898; Chemin de fer électrique à courant triphasés de Zermatt an Gornergrat (Suisse), Le Génie Civil, Paris 1898; Die elektrische Zahnradbahn auf den Gornergrat, Schweizerische Bauztg., Bd. XXXI, Nr. 16 u. 18, Zürich 1898; Gornergratbergbahn in der Schweiz, Zeitschr. des Oesterr. Ing.- u. Arch.-Ver. 1898 u. 1899. – [13] Birk, F.A., Die Zahnradbahnen und ihre Lokomotiven, Wien 1881; Ziffer, E.A., Die Zahnradbahn von Monte Carlo nach La Turbie, Mitteil. des Ver. für die Förderung des Lokal- und Straßenbahnwesens, Wien 1896; Le chemin de fer de Beyrouth à Damas, à voie de 1,05 m et à Systeme mixte (adhérence et crémaillère), La Révue technique, Paris 1896, Bd. XVII, Nr. 15; Berg, S.J., The St. Gotthard Mountain Railway and the Stanzerhorn Cable-Railway; Collett, Alf, The Monistrol-Montserrat Rack Railway; Pownall, Ch. Assheton Whately, The Usni Mountain Railway, Japan, Minutes of Proceedings of the Institution of Civil Engineers, London 1895, Bd. CXX, mit einer Zusammenstellung über die verschiedenen Zahnstangenbahnen und deren Konstruktion, sowie vielen Literaturangaben; Von der Eisenerz–Vordernberger Lokalbahn, Oesterr. Eisenbahnztg., Wien 1894; Die Straßen- und Zahnradbahnen, Supplementband VIII zum Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, Wiesbaden 1882; Der Eisenbahnbau der Gegenwart, 2. Abschnitt, Wiesbaden 1897; Strub, Emil, Bergbahnen der Schweiz, Reine Zahnradbahnen, Wiesbaden 1901; Die Nilgiri-Bergbahn, The Railway Engineer Nr. 4, 1901; Die mechanische Ausstattung der Snowdon Bergbahn, ebend., Nr. 5, 1901; Die Jungfraubahn, Mitteil. des Ver. für die Förderung des Lokal und Straßenbahnwesens, Heft 12, 1903; Eröffnung der 3. Teilstrecke der Jungfraubahn Rotstock–Eigerwand, Schweizerische Bauztg. 1903; Die Vesuvbahn, ebend. 1903; Strub, Emil, Die Mendelbahn, ebend. 1903; Jordan, Karl, Die Mendelbahn, Zeitschr. für Elektrotechnik 1903; Die elektrische Bahn von Triest nach Opcina, Oesterr. Wochenschrift für den öffentl. Baudienst 1903. – [14] Roth, M., Die Schneebergbahn, Oesterr. Eisenbahnztg., XXI. Jahrg., Wien 1898, mit einer Zusammenstellung der ausgeführten Zahnradbahnen und deren Hauptverhältnisse. Ueber Zahnradbahnen f. Mémoires de la Société des Ingénieurs Civils, Paris 1906, Nr. 3; Urbach, Die Reibungs- und Zahnstangenbahn von Ilmenau nach Schleusingen, Zeitschr. f. Bauwesen 1906, Heft 4 6; Lévy-Lambert, A., Les chemins de fer à crémaillère, Mémoire et compte rendu de la Société des Ingénieurs Civils de France, Paris 1906; Dolezalek, C., Zahnradbahnen, in Eisenbahntechnik der Gegenwart, herausg. von Blum, v. Borries und Barkhausen, Bd. 4, 1. Abt., Wiesbaden 1905. – [15] Brückmann, Eugen, Neuere Zahnradbahnen, Zeitschr. des Ver. deutsch. Ing., Bd. XLII, Nr. 7–18, Berlin 1898; Mitteilungen über einige indische, australische und schweizerische Zahnstangenbahnen und deren Betriebssysteme und Vergleich mit Reibungsbahnen, The Railway Engineer 1901; Kritische Beschreibung der bis jetzt gebauten Zahnradlokomotiven für gemischten Betrieb, Glasers Ann. 1903, Nr. 632; Zwei elektrisch betriebene westschweizerische Bergbahnen mit Abtscher Zahnstange, Schweizerische Bauztg. 1902; Les chemins de fer montagne, Paris 1900; Zahnstangenbahn von Vayet–Saint Gervais 1901, Mitteil. des Ver. für die Förderung des Lokal- und Straßenbahnwesens 1901; The Nilgiri Mountain Railway, Engineering 1901; Elektrische Bergbahnlokomotive der Ouest–Lyonnaiseisenbahn, Zeitschr. für Elektrotechnik Heft 18, 1901; Die elektrische Bergbahn Triest–Opcina, Zeitschr. des Oesterr. Ing.- u. Arch.-Ver. 1903; Zahnradlokomotive über die Anden, Organ f. d. Fortschr. d. Eisenbahnw. 1907, Heft 12.

Ziffer.

Zahnstangenbahnen
Quelle:
Lueger, Otto: Lexikon der gesamten Technik und ihrer Hilfswissenschaften, Bd. 8 Stuttgart, Leipzig 1910., S. 962-965.
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