Zahnradbahn

Eine Zahnradbahn ist eine Eisenbahn für steile Strecken, bei der eine Zahnstange zwischen oder neben den Fahrschienen läuft und ein Ritzel an der Lokomotive in diese eingreift, um Zugkraft zu erzeugen. Dort, wo Haftung allein nicht ausreicht, greift die Zahnstange mechanisch ein und verhindert Schlupf und Kriechen bei Steigungen, die oft 1:4 (25 Prozent Steigung) überschreiten. Das System tauscht Geschwindigkeit und Wirkungsgrad gegen sichere Verzahnung bei Steigungen, die Reibung allein nicht bewältigen kann.

Die Zahnstange selbst ist eine Stahlschiene mit regelmäßigem Zahnprofil, typischerweise nach Abt oder Riggenbach. Abt-Zahnstangen nutzen zwei zueinander versetzte Zahnreihen im Abstand einer halben Zahnteilung, wodurch zwei Ritzel gleichzeitig eingreifen können. Das bietet Redundanz. Riggenbach-Zahnstangen verwenden eine einzelne Reihe dreieckiger oder rechteckiger Zähne. Das Ritzel greift kontinuierlich in diese Zähne ein, während die Lokomotive aufsteigt oder abfährt, und überträgt die Antriebskraft direkt durch formschlüssige Verzahnung statt durch Schienenhaftung.

Einsatzgebiete und Varianten

Zahnradbahnen dominieren den Bergentourismus und Gütertransport in Alpenregionen und anderen Hochgebirgsgebieten. Bekannte Beispiele sind Linien auf die Rigi und das Jungfrau-Joch in der Schweiz. Manche Systeme sind vollständig ausgestattet; andere nutzen Hybrid-Bahnen, die die Zahnstange nur in steilen Abschnitten nutzen und anderswo auf Haftungsräder setzen. Zahnkranzbahnen, bei denen ein zentrales Zahnrad auf der Zahnschiene läuft, sind eine verwandte Variante. Steigungen von 1:2 (50 Prozent) sind mit Zahnradbahnen erreichbar; konventionelle Bahnen überschreiten selten 1:10.

Bremsung bei steilen Gefällen ist entscheidend. Zahnradbahnen nutzen oft mehrere unabhängige Bremsanlagen: Felgenbremsen (Reibung), eine Zahnstangenbremse (ein zweites Ritzelpaar, das die Zahnstange greift) und manchmal Sperrklaue oder Gegengewicht. Haftungsverlust auf vereisten Schienen spielt hier keine Rolle; die eigentliche Gefahr ist mechanischer Verschleiß an Ritzel und Zahnstangenzähnen, der zu Spiel und Geräuschen führt. Regelmäßige Nachstellung des Eingriffs und Zahnwechsel sind notwendige Wartungsarbeiten.

Der Kompromiss ist klar: Zahnradbahnen sind langsamer (typisch 5 bis 15 km/h), lauter und mechanisch aufwendiger als Normalbahnen. Sie verbrauchen mehr Brennstoff pro Kilometer und benötigen Spezialwerkstätten. Doch sie ermöglichen wirtschaftlich die Erschließung von Siedlungen und Betrieben in Höhenlagen, wo eine konventionelle Eisenbahn zu teuer wäre. Der Begriff leitet sich von der Zahnstange selbst ab, übernommen aus dem Maschinenbau.