רכבת פס שיניים

מסילת פס שיניים מסוג פון רול של המטרו בלוזאן

נושא פחמים ומאחוריו קטר פס השיניים הראשון, "סלמנקה", מושך קרוניות פחם. איור בספר מאת ג'ורג' ווקר, 1814

רכבת פס השיניים בהר וושינגטון בארצות הברית, 2006

חשמלית פס השיניים Rittenbann בדרום טירול, 1907

קטר רכבת פס השיניים בשננברג, אוסטריה, בעל דוד קיטור נטוי

מסילת הר פילאטוס בשווייץ היא מסילת פס השיניים התלולה ביותר בעולם. ממוצע השיפוע 35% ושיאו 48%

רכבת פס שיניים (באנגלית: Rack railway וגם Cog railway) היא סוג של רכבת המותאמת לנסיעה בשיפועים תלולים, שבהם רכבת רגילה אינה יכולה לפעול משום שאובדת לה התאחיזה (adhesion) בין גלגלי הקטר לבין פסי המסילה. רכבת פס שיניים מתגברת על קושי זה באמצעות התקן הנקרא "ממסרת פס שיניים" , שממנו היא קיבלה את שמה. פס השיניים מותקן בין שני פסי המסילה הנושאים את משקל הרכבת ועליהם נעים גלגליה. גלגל שיניים אחד או שניים, המקבלים את הנעתם ממנוע הקטר, שלוּבים בפס השיניים, ובאמצעותם נע הקטר ומושך אחריו את הקרונות. מרבית רכבות פס השיניים פועלות באתרי טבע הרריים, ומיעוטן משמשות לתחבורה ציבורית במרחבים עירוניים הרריים, כגון המטרו של לוזאן בשווייץ. רכבות פס שיניים רבות שימשו בעבר וחלקן משמשות גם כיום להובלת מטענים, בעיקר במכרות ובקווי רכבת תעשייתיים באזורים הרריים.

רכבת פס השיניים הראשונה היא רכבת מידלטון , שתוכננה על ידי מהנדס המכרות האנגלי ג'ון בְּלֶנְקִינְסוֹפּ ונחנכה ב-1812. קטר הקיטור של הרכבת, "סלמנקה" (Salamanca), משך קרונות פחם מהמכרה במידלטון אל לידס, והוא נחשב לקטר הקיטור המסחרי המוצלח הראשון. פס השיניים היה בצדו החיצוני של אחד מפסי המסילה. הרכבת פעלה עד שנת 1839.

הרכבת הראשונה בעלת פס שיניים באמצע המסילה הייתה רכבת אינדיאנפוליס ומדיסון בארצות הברית שנחנכה בשנת 1848. פס השיניים הותקן רק במקטע התלול ביותר של המסילה, במקום שבו הגיע השיפוע לשיעור של 6%. המסילה פורקה בשנת 1868 והוחלפה במסילת תאחיזה הרגילה.

רכבת פס השיניים ההררית הראשונה היא רכבת פס השיניים בהר וושינגטון במדינת ניו המפשייר בארצות הברית, שנחנכה ב-1868 והובילה מטיילים לפסגת ההר המתנשא לגובה של 1904 מטר. רכבת פס השיניים הראשונה שהותקנה באירופה היא רכבת ויצנאו-ריגי-באהן בהר ריגי בשווייץ. היא נחנכה בשנת 1871 ונסעה מגובה 440 מ' עד לגובה 1740 מ' ובשיפוע המגיע במקומות אחדים ל־38%. הרכבת ממשיכה לפעול גם כיום.

סוגי ממסרות פס שיניים

במרוצת השנים פותחו סוגים שונים של ממסרות פס שיניים להנעת רכבות. מלבד כמה דגמים מוקדמים של ממסרות מסוג מורגן ובלנקינסופ, פסי השיניים בכל הממסרות האחרות מותקנים באמצע המסילה, בין שני הפסים עליהם נעים גלגלי הרכבת (running rails). ממסרת פס השיניים הנפוצה ביותר היא מסוג אַבְּט.

בְּלֶנְקִינְסוֹפּ (1812)

רכבת פס השיניים הראשונה תוכננה על ידי מהנדס המכרות ג'ון בלנקינסופ לשם הובלת פחם ממכרה הפחם במידלטון אל לידס. בלנקינסופ החזיק בדעה כי התאחיזה בין גלגלי הברזל לפסי הברזל של רכבת אינה מספיקה לגרירת קרונות פחם כבדים. הפתרון שהגה הוא ממסרת פס שיניים, שאותה תכנן ועליה רשם פטנט ב-1811. ממסרה זו הייתה מורכבת מגלגל שיניים בקוטר 3 רגל (914 מ"מ), בעל 20 שיניים, שהשתלב בפס שיניים חיצוני, בצד אחד בלבד של המסילה, ולו שתי שיניים לכל רגל. פסי המסילה היו מסוג "כרסת דג" (fishbelly edge rail )‏ . פס השיניים נוצק כיחידה אחת עם פס המסילה במקטעים באורך של 3 רגל. הרכבת הייתה בשימוש 25 שנה. בדיעבד הסתבר כי חששו של בלנקינסופ היה מוגזם. מחקרים שנעשו באותה תקופה, למשל על ידי המהנדס והממציא האנגלי ויליאם הדלי , הוכיחו שהתאחיזה של גלגלי ברזל על פסי ברזל מספיקה לפעולתה של רכבת הנוסעת במישור או בשיפועים מתונים.

מַארְשׁ (1861)

ממסרה זו פותחה על ידי סילבסטר מארש האמריקני בשנת 1861, והותקנה ברכבת פס השיניים של הר וושינגטון. היא דומה בצורת המבנה לממסרת ריגנבאך שפותחה זמן קצר לאחר מכן בשווייץ.

רִיגֶנְבַּאךְ (1871)

ממסרה זו הומצאה ב-1863 על ידי מהנדס הרכבות השווייצרי ניקלאוס ריגנבאך והותקנה לראשונה ב-1871 במסילת הרכבת ויצנאו-ריגי-באהן. פס השיניים של ממסרה זו הוא בצורת סולם (ladder rack), שהיה יקר ומסובך לייצור.

אַבְּט (1882)

קרל רומן אבט היה מהנדס קטרים שווייצרי שעבד אצל ריגנבאך ולימים הקים חברה משל עצמו. הממסרה שהמציא בנויה משניים או שלושה פסי פלדה משוננים המונחים אחד במקביל לאחר ושיניהם פונות כלפי מעלה. פסי שיניים אלה מותקנים בצורה כזו שכל שן על פס אחד מקדימה את המקבילה לה בפס האחר בשיעור של חצי פסיעת-שן. סידור זה מבטיח שלפחות שן אחת תימצא תמיד במגע עם גלגל השיניים, ועל כן פעולת הממסרה חלקה ושקטה יותר בהשוואה לממסרת "שלבי הסולם" של ריגנבאך וגם זולה ממנה. גובה השיניים הוא 100 מ"מ במקום 120 מ"מ, כמקובל בממסרות אחרות, ורוחב הפסים המשוננים 32–40 מ"מ. ממסרת אבט היא הנפוצה ביותר בעולם. באירופה השתמשו בעיקר בממסרה בעלת שני פסי שיניים. ממסרה בעלת שלושה פסי שיניים הותקנה רק על ידי חברת הרכבות Harzer Schmalspurbahnen (HSB) בהרי ההארץ במרכז גרמניה.

אַגוּדיוֹ (1884)

ממסרת פס שיניים זו הומצאה על ידי תומאסו אַגוּדיוֹ (Agudio) והותקנה ברכבת סאסי-סופרגה בטורינו ב-1884. הממסרה הייתה בנויה מפס שיניים אנכי ומשני גלגלי שיניים, אחד מכל צד. את גלגלי השיניים לא סובב מנוע קטר, אלא כבל אינסופי שנמשך על ידי מנוע נייח בקצה התחתון של המסילה. הממסרה הוחלפה ב-1934 בממסרה מסוג שטרוב.

לוֹכֶר (1889)

ממסרת פס השיניים של אדוארד לוכר מורכבת מפס עם שיניים משני צדדיו, בהן משתלבים שני גלגלי שיניים, אחד מכל צד. ממסרה זו מתאימה יותר מסוגי ממסרות אחרים לפעולה בשיפועים תלולים, משום ששיני הממסרות האחרות נוטות ל"החליק" ולקפוץ החוצה במצבים כאלה. ממסרת לוכר הותקנה במסילת רכבת פילאטוס בשווייץ.

שְׁטְרוּבּ (1896)

הממסרה שפיתח אמיל שטרוב דומה לזו של אַבְּט. היא בנויה מפס פלדה מעורגל שתחתיתו שטוחה (flat-bottom rail) ובראשו חרוצות שיניים. פס שיניים מסוג זה היה נוח מאוד לתחזוקה ועל כן השימוש בו נפוץ מאוד.

מורגן (1900)

ממסרת פס השיניים שהמציא אדמונד מורגן (Edmund C. Morgan) משיקגו, ועליה רשם פטנט בשנת 1900, הייתה דומה מבחינת המבנה לממסרת ריגנבאך. ייחודה היה בכך שפס השיניים מילא תפקיד כפול: הוא היה חלק ממנגנון ההנעה המכני, ובו בזמן שימש כפס הזנה חשמלי (Third rail) שסיפק אנרגיה למנוע החשמלי של הקטר. ממסרות מסוג זה, ללא הזנה חשמלית, היו גם כן בשימוש.

פוֹן רוֹל או לאמֶלה

ממסרה מסוג זה, הדומה לממסרת אַבְּט, פותחה ויוצרה על ידי חברת פון רול . היא נבדלת מממסרת אבט בכך שפס השיניים שלה דק יותר, אך שיניה מתאימות לגלגלי השיניים של ממסרות ריגנבאך ושטרוב. כך ניתן היה להחליף את פסי השיניים השחוקים של ממסרות אלו בפסי פון רול הזולים יותר, ללא צורך להחליף גם את גלגלי השיניים של הממסרה. היא נקראת גם ממסרת לאמלה (Lamella system) שפירושה "לוח מתכת דק".

• 
  אנימציה של ממסרת פס שיניים
• 
  "סלמנקה", קטר פס השיניים הראשון, 1812. The Mechanic Magazine, ‏1829
• 
  ממסרת פס שיניים מסוג מארש, מוזיאון רכבת פס השיניים בהר וושינגטון, 2012
• 
  ממסרת פס שיניים מסוג ריגֶנבאך
• 
  ממסרת פס שיניים מסוג אַבְּט של Snowdon Mountain Railway, ויילס
• 
  ממסרת פס שיניים מסוג לוֹכֶר
• 
  ממסרת פס שיניים מסוג שְׁטְרוּבּ
• 
  מסילת פס שיניים לא חשמלית מסוג מורגן
• 
  ממסרת פס שיניים מסוג פון רול

מסילות משולבות (פס שיניים ותאחיזה)

קטע חילוף מפס שיניים לתאחיזה מתוצרת אַבְּט

מסילות רכבת פס שיניים נחלקות לשני סוגים: מסילות שבהן פס השיניים מותקן לכל אורך המסלול (pure-rack), ומסילות שבהן פס שיניים מותקן רק במקטעים התלולים, ואילו בשאר הדרך מותקנים פסי תאחיזה רגילים (rack-and-adhesion line).

ברכבות שבהן המסילה כולה היא מסוג פס שיניים, ההנעה והבלימה נעשות רק באמצעות גלגל או גלגלי השיניים של הממסרה. גלגלי הקטר והקרונות רק נושאים את משקל הרכבת ומוליכים אותה. במסילות משולבות נעשה המעבר בין שתי שיטות ההנעה באמצעות קטע מעבר מיוחד במסילה, המאפשר את שילובו או ניתוקו ההדרגתי של גלגל השיניים של הממסרה.

קטרי הקיטור של רכבות פס שיניים

עד המצאת הקטר החשמלי וקטר הדיזל נמשכו כל רכבות פס השיניים על ידי קטרי קיטור. דוד הקיטור בקטרים אלה הוא מסוג צינורות אש . כדי להבטיח שצינורות האש בדוד יהיו שקועים במים גם כשהרכבת נוסעת בשיפועים תלולים, ועל ידי כך למנוע תקלות וסכנת התפוצצות הדוד, התקינו אותו כשהוא נוטה קדימה. כאשר הקטר טיפס במעלה ההר או ירד ממנו, היה הדוד קרוב למצב אופקי.

לקריאה נוספת

• Abt, Roman (1883), ["Permanent Way for Mountain Railways", U.S. patent 284,790, September 11, 1883.
• Abt, Roman (1886). Locomotive, U.S. patent 339,831, April 13, 1886.
• Abt, Roman (1891). "Mountain and Rack Railways". Cassier's Magazine, Vol. 37, November 1909 – April 1910. pp. 525-529. Digitized copy at Smithsonian Library and Archives.
• Hitchcock, C. H. (1871). Mount Washington in Winter. "Chapter IV: The Approaches to Mount Washington. Boston: Chick and Andrews. pp. 82–85.
• Jehan, David (2003). Rack Railways of Australia. Second edition. Illawarra Light Railway Museum Society.
• Morgan, Edmund C., "Electric-Railway System". U. S. Patent 659, 178, October 2, 1900.
• Sylvester Marsh, "Improvement in Locomotive-Engines for Ascending Inclined Planes", U.S. Patent 33,255, September 10, 1861.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא רכבת פס שיניים בוויקישיתוף

• Richard S. Joslin (May 1998). "Sylvester Marsh and the Mount Washington Railway". cog-railway.com.
• Gamboni, Antonio. "L'antica Funicolare di Superga".
• Abt Rack Railway & Technical Info". Snowdon Mountain Railway.
• Tranvia da Borgo Sassi a Superga". histouring.

ראו גם

• רשימת רכבות פס שיניים