Spirale

Eine Spirale ist ein Abschnitt der Eisenbahnstrecke, der sich selbst überkreuzt und dabei Höhe gewinnt, während er die Zwänge steilen Geländes bewältigt. Im Gegensatz zu einer einfachen Spitzkehre, die die Richtung auf linearer Strecke umkehrt, verläuft eine Spirale auf einer kreisförmigen oder annähernd kreisförmigen Bahn, die einem Zug ermöglicht, erhebliche Höhe auf relativ kleinem Platz zu erklimmen. Das Gleis überkreuzt sich selbst entweder auf Geländeniveau (selten und konstruktiv komplex) oder über eine Brücke oder einen Tunnel, sodass der Zug in einer Schleife etwa 30 bis 100 Meter Höhe gewinnt, bevor er in geringerem Gefälle weiterfährt.

Spiralen werden dort gebaut, wo das vorhandene Gelände ein herkömmliches Gefälle nicht ermöglicht und Spitzkehren zu viel Platz beanspruchen oder betrieblich unpraktisch wären. Bergbahnen in den Alpen, den Anden und anderen Gebirgszügen nutzen seit dem 19. Jahrhundert Spiralen. Die Gotthardbahn in der Schweiz hat Spiralabschnitte; die Central Railway in Indien, die zu den Nilgiri Hills führt, ebenso. Moderne Zahnradbahnen nutzen häufig Spiralen, da sie steile Gefälle und starke Höhenunterschiede zugleich bewältigen.

Geometrie und Konstruktion

Der Radius einer Spirale hängt von der zulässigen Höchstgeschwindigkeit und dem Gewicht des Rollmaterials ab. Eine engere Spirale (kleinerer Radius) gewinnt Höhe schneller, stellt aber höhere Anforderungen an Gleis, Drehgestelle und Kupplungen. Typische Radien liegen bei Normalspur zwischen 150 und 300 Metern, Zahnradbahnen können in engeren Spiralen fahren. Das Gefälle in der Spirale bleibt üblicherweise konstant, oft zwischen 4 und 8 Prozent bei Zahnstangenbahnen, oder bis 12 bis 15 Prozent bei Zahnradsystemen. Der Abstand und die Sichtlinien werden kritisch, wo sich das Gleis selbst überkreuzt, denn ein Zug auf der oberen Schleife muss ausreichend vertikalen und horizontalen Abstand zur unteren Schleife haben, um Kollisionen oder Entgleisungen auszuschließen.

Der Bau einer Spirale erfordert genaue Vermessung und Tiefbau. Wo das Gleis sich selbst über eine Brücke überkreuzt, muss das Brückendeck das volle Gewicht eines Zuges plus Fahrtdynamik tragen. Wird ein Tunnel verwendet, kann die Spirale durch Fels oder Erde getrieben werden, wobei die obere und untere Schleife durch festes Material getrennt sind. Setzungen oder Verformungen nach dem Bau können das Gleis reißen oder verschieben, besonders in weichem Untergrund, weshalb Spiralen wartungsintensive Anlagen sind.

Der Begriff Spirale wird verwendet, weil das Gleis eine schraubenförmige oder spiralförmige Bahn beschreibt, wenn man sie dreidimensional betrachtet, wobei es kontinuierlich ansteigt statt wie bei einer Spitzkehre abrupt umzulenken. Dies unterscheidet es von den Looping-Konstruktionen, die bei manchen Museumsbahnen zu finden sind und die den Zug zur Ausgangsposition zurückbringen, und von der Abwärtsspirale oder Spiralabfahrt, die bei manchen Bergbaubahnen und Industrialstrecken genutzt wird.