Rixke Rail’s Archives

Accueil > Het Spoor > Buitenland > Tandradspoorwegen in Zwitserland

Tandradspoorwegen in Zwitserland

J.-C. de Jongh.

lundi 1er avril 2013, par rixke

Wie in Zwitserland komt, zal daarbij onwillekeurig worden geconfronteerd met een of meer van de talloze bergbanen.

Vooral bij de specifiek toeristische lijnen wordt gebruik gemaakt van tandradaandrijving om hiermee steile hellingen te kunnen beklimmen of af te dalen. Zonder deze tandrad- of tandstaaflijnen zou het toerisme in Zwitserland, een zeer belangrijke bron van inkomsten en werkgelegenheid, niet tot zulke grote ontwikkelingen zijn gekomen.

De meeste berglijnen zijn tot stand gekomen in een tijd dat het bergtoerisme nog in de kinderschoenen stond en slechts door enkelen kon worden bekostigd. Vooral de Engelsen hebben een belangrijke rol gespeeld bij deze ontwikkeling in de jaren van de belle époque.

Twee tandradmotorrijtuigen na de afdaling van de Pilatus Kulm, na aankomst in het dalstation te Alpnachstad, met op de voorgrond de Traverse, waarop goed zichtbaar de Locher-tandstaaf ; 17 juli 1956.

Dank zij de uitvinding van nieuwe technieken of verbetering van reeds toegepaste methoden, gepaard aan een goede maar vooral tijdige wetgeving op het gebied van de inrichting en exploitatie van berglijnen, is het mogelijk geweest dat Zwitserland op dit gebied een leidende plaats kon innemen. Vooral de veiligheid van de passagiers heeft vanaf het begin voorop gestaan en mede hieraan is het te danken dat tot heden weinig slachtoffers zijn gevallen bij ongevallen. Uit ieder ongeval, hoe klem ook, wordt lering getrokken. Dit kan van belang zijn bij aanbevelingen om ergere dingen in de toekomst te vermijden.

 Waarom tandstaaf en tandradaandrijving ?

Optimale exploitatie van een op rails voortbewogen voertuig kan slechts plaatsvinden op een zuiver horizontaal vlak. De natuurlijke gesteldheid van het te doorsnijden terrein maakt dit vrijwel nergens ter wereld mogelijk. Waar dit slechts geringe oneffenheden betreft, zullen deze niet tot bezwaren aanleiding geven. Daar waar de hellingen een groter stijgingspercentage hebben, dienen de problemen zich reeds aan en kunnen deze het hoofd worden geboden door sterkere trekkrachten, lager treingewicht of door vermindering van de stijging door ingravingen of zelfs door het boren van kostbare tunnels.

Het ligt dus voor de hand dat bij het ontwerp van een aan te leggen bergspoorlijn een keuze moet worden gemaakt : goedkopere exploitatie over een zuivere adhesielijn over een desnoods grotere afstand dan de hemelsbreed gemeten afstand tussen de te verbinden plaatsen of een duurdere exploitatie en tevens duurdere aanleg van een tandradspoorweg over kortere afstand.

Daar komt bij dat voor verbindingen die als adhesiespoorlijnen worden aangelegd, voor het overwinnen van korte, steile en trapsgewijze voorkomende hellingen de hulp moet worden ingeroepen van de tandradaandrijving. Goede voorbeelden hiervan zijn de Brünigbahn, de Furka - Oberalp-Bahn (FO) en de Brig - Visp - Zermatt-Bahn (BVZ). De exploitatie van adhesiespoorlijnen is maar tot een bepaald hellingpercentage mogelijk. In Zwitserland is de maximale helling wettelijk vastgesteld op 70 ‰ ; daarboven moet gebruik worden gemaakt van tandstaaf en tandradaandrijving (hoewel onder bepaalde omstandigheden ontheffing kan worden verleend tot maximaal 80 ‰. Bij tandradaandrijving vindt de voortbeweging niet meer plaats door gebruik te maken van de wrijving tussen de wielen van het voertuig en de rails, maar door het in beweging brengen van een van tanden voorzien aandrijfwiel, waarvan de tanden in een tussen de benen van het spoor aangebrachte tandstaaf grijpen. Langs deze “ladder” drukt het voertuig zich als het ware gelijktijdig vooruit en omhoog, waarbij echter de wrijvingsweerstand van de wielen op de rails zo klein mogelijk dient te zijn. Dit is de reden waarom de rails bij tandstaafspoorlijnen altijd vet worden gehouden, een bij adhesielijnen juist funest uitwerkende factor. Op deze wijze kunnen grote hoogteverschillen met steile hellingen worden overwonnen, zonder dat daarvoor kostbare voorzieningen in het landschap dienen te worden getroffen, zoals het boren van langzaam stijgende tunnels in veelal keiharde rotsen of juist onbetrouwbaar gesteente.

Toch kent de tandradaandrijving ook bepaalde grenzen, die in Zwitserland zijn vastgesteld op 250 ‰ voor tandstaaflijnen waarop de trekkrachten met verticale trandraderen zijn uitgerust. Boven dit percentage zal naar andere middelen van transport moeten worden uitgezien, zoals een kabelbaan, waarbij een cabine over een of meer kabels wordt voortbewogen, of een lift, waarbij een cabine tussen een aantal geleidebanen op en neer wordt bewogen.

Een unieke uitzondering vormt de befaamde Pilatusbahn, die met een maximalestijging van 480 ‰ ver boven de gestelde normen uitgaat en daardoor de steilste tandstaafspoorlijn ter wereld is geworden. Dit is mogelijk door een speciale constructie van horizontale aandrijvingstandraderen en zijdelings op de tandstaaf aangebrachte vertandingen. Dit systeem werd door Eduard Locher uitgedacht en op deze lijn toegepast. Tot navolging elders is het niet gekomen door de voortgeschreden verbetering van de techniek van kabelbanen, waarbij tegenwoordig al cabines van 150 passagiers kunnen worden toegepast (de inhoud van een gelede autobus !), die goedkoper kunnen worden aangelegd en minder gevoelig zijn voor klimatologische omstandigheden (met uitzondering van de wind).

 Het ontstaan van tandradspoorwegen

De Zwitser Niklaus Riggenbach wordt algemeen beschouwd als de uitvinder van de tandradspoorweg. Niet geheel terecht overigens, want vóór hem opende reeds de Amerikaan Sylvester Marsh in 1869 een toeristische bergspoorlijn naar de top van de Mount Washington in New Hampshire.

Nog eerder, namelijk in 1837, werd op een steil gedeelte van de Madison & Indianapolis Railroad over een lengte van 2 150 m tandstaaf toegepast om een hoogteverschil van 127 m te kunnen overwinnen. Vooreerst werd hierop van paardetractie gebruik gemaakt, maar van 1847 tot 1868 werd door twee gecombineerde adhesie/tandradstoomlocomotieven de tractie verzorgd. In laatstgenoemd jaar kwamen sterkere adhesielocomotieven in dienst, waardoor het tandstaafgedeelte kon vervallen. In feite werd de eerste bruikbare tandradlocomotief geconstrueerd door John Blenkinsop in 1812. Hierbij stond niet het overwinnen van steile hellingen ter discussie, maar een oplossing voor het vraagstuk van voortbeweging door ijzer op ijzer. Hij was eigenaar van de Middleton-steenkolengroeven en zocht naar een andere tractievorm dan de talrijke mijnpaarden.

De eerste toepassing in Europa vond plaats met de inwijding van de Rigibahn tussen Vitznau aan het Vierwoudstedenmeer en Rigi Staffelhöhe op de kantonsgrens van Luzern en Schwyz. Deze lijn was geconstrueerd door Niklaus Riggenbach (1817-1899), die zijn idee ontwikkelde als chef van de werkplaats van de Schweizerische Central Bahn (SCB). Tot het lijnennet van deze maatschappij behoorde ook de Hauensteinlinie tussen Olten en Sissach over Laufelfingen met 26 ‰ stijging. Hij zon op een middel om de trekkracht van de locomotieven op deze lijn onafhankelijk te maken van de toestand van de baan. In 1863 vroeg hij patent aan op twee ideeën : een zuivere tandradlijn en een gecombineerde adhesie/tandradlijn. Van de zijde van de spoorwegondernemingen werd echter geen belangstelling getoond. In 1869 vroeg hij zelf concessie aan voor het tot stand brengen van een tandradspoorlijn naar de top van de Rigi, welke lijn op zijn verjaardag in 1871 kon worden geopend.

Een handicap bij de constructie van een tandradspoorlijn vormen de wissels. Hier zou de tandstaaf eenvoudshalve moeten worden onderbroken, maar dan valt de aandrijving weg en komt de veiligheid in gevaar.

Riggenbach loste dit probleem op door de toepassing van rolbruggen waarmee de voertuigen van het ene naar het andere spoor konden worden overgebracht.

 Het systeem Riggenbach

Het tandstaafsysteem van Riggenbach bestaat uit twee verticale hoekijzers (de wangen) met daartussen aan de bovenzijde ingeklonken trapeziumvormige tanden op een onderlinge afstand van 100 mm. De voortbeweging wordt bewerkstelligd door een in het voertuig aangebracht verticaal tandrad waarvan de tanden met voldoende speling achter de sporten van de tandstaaf grijpen.

Tandstaaf systeem Riggenbach in normaalspoor bij de Arth-Rigi-Bahn te Arth-Goldau ; 7 juni 1962

Dit systeem is zwaar maar uiterst solide. Het grootste gedeelte van de bij de Rigibahn in gebruik zijnde tandstaven dateert nog uit de periode van aanleg. Een nadeel vormen de bogen in de lijn waarvoor speciaal gebogen tandstaven noodzakelijk zijn.

Het systeem van Riggenbach verschilt maar weinig met dat van Marsh. Tijdens een studiereis naar Amerika had Riggenbach kennis gemaakt met de tekortkomingen van zijn systeem en verbeterde deze in zijn eigen toepassing. De ronde sporten van Marsh bleken namelijk los te raken in de wangen waarna zij bij het berijden door een trein gingen rollen. Opmerkelijk is dat in Zwitserland in 1871 door Riggenbach bij de Stembruch Ostermündigen een gecombineerde adhesie/tandradlijn werd geïnstalleerd met het tandstaafsysteem van Marsh !

 Het systeem Abt

Naast de systemen van Marsh en Riggenbach werd in 1882 patent aangevraagd door Roman Abt (1850-1933) op een systeem, dat bestaat uit twee of meer lamellen met vertanding die ten opzichte van elkaar over de lengte van een tand zijn verschoven. De voortbeweging vindt plaats door twee naast elkaar aangebrachte verticale tandraderen in het voertuig, waarbij de vertanding van het ene tandrad ten opzichte van het andere ook over de lengte van een tand is verschoven. Dit systeem kenmerkt zich door een eenvoudiger en minder zware constructie. In bogen zijn de tandstaaflamellen aan de boogstraal aan te passen zonder bijzondere voorzieningen. De aanleg van spoorlijnen met dit systeem bleek aanmerkelijk goedkoper te zijn. Nadeel is echter de duurdere en ingewikkelder constructie van de beide naast elkaar gelegen tandraderen op de assen van de tractievoertuigen, waar echter weer een voortdurend contact van tandrad met tandstaaf op elk moment van de omwenteling als voordeel tegenover staat. Ook het onderhoud van de baan met tandstaaf systeem Abt is eenvoudiger en minder tijdrovend, maar de lamellen zijn gevoeliger voor beschadiging door neervallende stenen dan het systeem van Riggenbach.

Wissel met tandstaaf systeem Abt bij de BVB-lijn te Villars ; 25 augustus 1986. In wisselconstructies wordt meestal volstaan met één lamel.

Roman Abt was de eerste die een wissel construeerde met doorlopende tandstaaf voor zowel de ene als de andere richting, en een zogenoemd oploopstuk voor gebruik in een gecombineerde adhesie/tandstaaflijn. Met dit oploopstuk worden de tandraderen van de voertuigen in beweging gebracht om gemakkelijker in de uitsparingen van de tandstaaf te kunnen vallen. Het gevaar van een stand van tand-op-tand met mogelijke ontsporing wordt daarmee vermeden. In Zwitserland werd het systeem Abt voor het eerst toegepast in 1890 op de lijn van Visp naar Zermatt.

 Het systeem Strub

Het tandstaafsysteem van Emil Strub (1858-1909) is het best te vergelijken met een Vignole-spoorstaaf, waarbij in de kop een vertanding is uitgefreesd. Strub kwam op dit idee in zijn functie van Kontrollingenieur bij het nieuw in het leven geroepen Eidgenössisches Amt für Verkehr, dat toezicht moest gaan uitoefenen op alle middelen van vervoer in Zwitserland. Zijn systeem is eenvoudig, robuust en duurzaam en vraagt weinig reparaties. De tandstaven zijn aan elke boogstraal (mits niet al te klein) aan te passen en de bevestiging is mogelijk op zowel ijzeren als houten dwarsliggers.

Bij de SGA werden zich in slechte staat bevindende Riggenbachtandstaven op enkele trajecten vervangen door die van het systeem Strubb, waarvan men nog een grote voorraad in reserve had. De aansluiting van beide systemen bij Bühler ; 27 juli 1972

Het systeem Strub is eigenlijk te laat gekomen om op grote schaal toepassing te kunnen vinden. Voor het eerst werd het toegepast bij de Zwitserse Jungfraubahn, waarvoor Strub een eerste prijs had gewonnen in een door de geestelijke vader van de Jungfraubahn Adolf Guyer-Zeller uitgeschreven prijsvraag. In de jaren 1897 en 1898 trad Strub op als directeur bij de aanleg van de Jungfraubahn.

Onder bepaalde voorwaarden is het systeem Strub te combineren met dat van Riggenbach. Dit is onder andere het geval geweest bij de Sankt Gallen - Gais - Appenzell-Bahn (SGA), waarin verschillende trajecten met tandstaafsysteem Riggenbach zijn uitgerust, terwijl de door een fusie aan dit bedrijf toegevoegde lijn Gais - Altstatten met tandstaafsysteem Strub reed. Uit de grote reservevoorraad Strub-staven konden op de Riggenbach-trajecten kleine, door het intensieve gebruik zwaar versleten delen worden gerenoveerd in afwachting van de komst van nieuw materieel met zwaardere motoren, waardoor een aantal tandstaaftrajecten zelfs geheel kon vervallen.

 Het system Locher

Het vierde in Zwitserland toegepaste systeem is slechts op één lijn te vinden. Dit is de ten zuiden van Luzern gelegen Pilatusbahn, waarvan het merendeel in een helling van 480 ‰ is gelegen. In feite spot dit systeem met alle voor bergspoorwegen vastgelegde normen, zowel op technisch als op juridisch gebied.

Eduard Locher-Freuler (1840-1910) stamt uit een geslacht van aannemers en bouwers. Zijn vader was o.a. Bauherr van de Stadt Zürich. Zelf was hij betrokken bij de aanleg van de Gotthardbahn tussen Flüelen en Geschenen. In 1889 nam hij de aanleg van de Pilatusbahn op zich, die hij uitvoerde in samenwerking met compagnons van zijn inmiddels overleden vader. Hij ontwierp voor de steile hellingen een horizontale tandstaaf met vertandingen aan weerszijden. De voortbeweging van de op de lijn in dienst te stellen stoomrijtuigen vond plaats door twee horizontale tandraderen in het onderstel van het voertuig. Eén tandrad greep in de vertanding aan de linkerzijde, het andere tandrad in de vertanding aan de andere zijde van de tandstaaf, terwijl een uitkraging aan de onderzijde van de tandraderen om de onderzijde van de vertandingen in de tandstaaf greep, waardoor een onverhoopte fatale beweging in verticale richting wordt voorkomen. Tot heden zijn ongelukken bij de Pilatusbahn dan ook uitgebleven.

Tandstaafsysteem Locher met aandrijving, zoals bij de Pilatus-Bahn in gebruik. De foto werd gemaakt te Capolago, het beginpunt van de Ferrovia Monte Generoso, waar de vier tandstaafsystemen zijn tentoongesteld ; 28 augustus 1986.

Door de grote hellinghoek moesten de coupés van de stoomrijtuigen en de sinds 1937 geleverde elektrische motorrijtuigen trapsgewijze worden aangebracht. De ketel in de stoomrijtuigen was dwars op het onderstel geplaatst om van een horizontale waterstand tijdens de gehele rit verzekerd te zijn. Voor het wisselen van spoor blijft de Pilatusbahn aangewezen op rolbruggen, hetgeen vooral op de wisselplaats Aemsigen zeer tijdrovend is en de dienst aanmerkelijk ophoudt. Bij het eindstation Pilatus Kulm werd in de jaren zestig een zogenoemde “Gleiswender” aangebracht. Dit is een om een lengteas draaibaar spoor. Bij aansluiting op het linkerspoor bevindt het spoor naar rechts zich aan de onderzijde van de Gleiswender. Bij het draaien van het toestel wisselt deze situatie : het onderliggende spoor komt op zijn plaats te liggen en het tot dat moment aangesloten spoor draait naar de onderzijde weg.


Uit het maandblad Op de Rails november 1986