Na Pilatusie zębatka chwyta szynę z boków, bo zwykły system mógłby się rozłączyć
Pilatusbahn w Szwajcarii osiąga nachylenie 48%, czyli niemal pół metra wzniosu na każdy metr poziomej odległości. Przy takiej stromiźnie klasyczne systemy kolei zębatej miały istotny problem: siły między kołem zębatym i listwą mogły sprzyjać unoszeniu koła i utracie zazębienia. Eduard Locher zaprojektował więc zupełnie inny układ. Dwa poziome koła zębate obejmują centralną listwę zębatą z obu stron. Dzięki temu pojazd jest jednocześnie napędzany i mechanicznie utrzymywany przy torze. Nawet infrastruktura torowa musiała zostać podporządkowana tej geometrii.
48% to nie jest typowa kolejowa górka
Koleje konwencjonalne unikają bardzo dużych nachyleń, ponieważ stalowe koło opiera trakcję wyłącznie na przyczepności do stalowej szyny. Kolej zębata dodaje listwę zębatą i koło zębate, które mechanicznie przenoszą siłę napędową. Pilatusbahn poszła jednak znacznie dalej: na najbardziej stromym odcinku jej nachylenie wynosi 48%. To oznacza geometrię tak ekstremalną, że nie wystarczyło zastosować jednego z istniejących w XIX wieku układów zębatych. Sam sposób, w jaki koło współpracuje z listwą, stał się krytycznym problemem bezpieczeństwa.
Dlaczego pionowe koło zębate było ryzykowne
W typowych systemach listwa zębata leży między szynami, a koło zębate naciska na nią z góry. Na ekstremalnym spadku siły kontaktu mogą mieć składową sprzyjającą wypychaniu koła z zazębienia. Dla Eduarda Lochera oznaczało to, że trzeba przestać myśleć o zębatce jak o dodatkowej szynie pod pojazdem. Jego rozwiązanie obróciło koła zębate o 90 stopni. Zamiast jednego koła pracującego od góry, dwa poziome koła chwytają specjalną listwę umieszczoną w osi toru z lewej i prawej strony.
Tor stał się jednocześnie prowadnicą bezpieczeństwa
Układ Lochera nie tylko przenosi napęd. Ponieważ koła obejmują listwę z obu stron, geometria systemu utrudnia oderwanie pojazdu od toru. Jest to szczególnie ważne podczas zjazdu, gdy napęd staje się również częścią systemu hamowania. Pilatusbahn działa od 1889 r., a podstawowa zasada systemu pozostała ta sama. Oficjalne materiały kolei podkreślają, że właśnie możliwość pewnego zazębienia na ogromnym nachyleniu była powodem opracowania własnej technologii zamiast użycia istniejących systemów kolei zębatej.
Nawet rozjazd przestaje być zwykłym rozjazdem
Nietypowa listwa zębata w osi toru komplikuje miejsca, w których tory muszą się rozchodzić. W zwykłej kolei ruchome iglice prowadzą obrzeża kół na właściwą drogę. Tutaj trzeba jeszcze zachować ciągłość zębatki i umożliwić przejście poziomych kół zębatych. Dlatego infrastruktura Pilatusbahn wymaga specjalnych rozwiązań rozjazdowych dopasowanych do systemu Lochera. Również podtorze na bardzo stromych fragmentach musi być stabilne w sposób, którego nie zapewniałaby po prostu luźna podsypka zsuwająca się po zboczu.
Stromość zmienia całe myślenie o kolei
Przy 48% nachylenia pytanie nie brzmi już tylko „czy lokomotywa ma wystarczającą moc?”. Trzeba zapewnić kontrolę ruchu przy zjeździe, ciągłe zazębienie, pewne prowadzenie pojazdu, bezpieczne mijanki i tor odporny na działanie sił wzdłuż stoku. To dobry przykład ogólnej zasady inżynierii: po przekroczeniu pewnej granicy skali nie wystarcza powiększenie standardowego rozwiązania. Należy zmienić jego geometrię i podstawową zasadę działania.
Dlaczego trasa nie wygląda jak kolej linowa
Najprostszy sposób pokonania takiej ściany góry mógłby kojarzyć się z liną. Pilatusbahn zachowuje jednak charakter kolei: pojazdy poruszają się po torze i mają własny układ napędowy współpracujący z zębatką. To właśnie wymusiło stworzenie systemu, który jest jednocześnie napędem, prowadzeniem i zabezpieczeniem przed utratą kontaktu. W efekcie odpowiedzią na pytanie „jak poprowadzić kolej po zboczu o nachyleniu 48%?” nie było złagodzenie trasy, lecz wynalezienie nowego typu toru.