mały|Königswinter koło Bonn – dolna stacja kolejki do Burg Drachenfels, otwartej w 1883 roku mały|Königswinter – odrestaurowany w 2005 roku w warsztacie Interlok, Piła, najstarszy zachowany parowóz tej linii No. 2 (Esslingen 4185/1927). 23.06.2008 Kolej zębata – kolej z dodatkową szyną zębatą (zębnicą) umieszczoną pośrodku toru, na którą oddziałują zębate koła napędowe i hamujące taboru trakcyjnego, mogąca pokonywać trasę o dużych nachyleniach profilu podłużnego. Technologia ta może być zastosowana na całej długości wydzielonej linii kolejowej albo tylko na bardziej stromych fragmentach trasy.
Na Śląsku jako kolej zębata funkcjonował odcinek kolei sowiogórskiej w Górach Sowich, prowadzący ze Srebrnej Góry do Woliborza.
Normalnotorowa kolej zębata istnieje w Karkonoszach czeskich, wąskotorowa – w słowackich Tatrach Wysokich (OŽ na trasie Štrba – Štrbské Pleso). Najwięcej linii kolei zębatych znajduje się w Szwajcarii.
Historia mały|Lokomotywa „Salamanca” według pomysłu , zbudowana w 1812 r. dla kolei znanej obecnie pod nazwą Middleton Railway. mały|Rigibahn nad Jeziorem Czterech Kantonów, zdjęcie sprzed 1905 r. mały|Rittner-Bahn w Południowym Tyrolu, otwarta w 1907 jako elektryczna. Na zdjęciu adhezyjny wagon motorowy prowadzony przez zębatą głowicę hamującą. mały|Rozjazd na dawnej kolei zębatej Ouchy – Flon w Lozannie. Szyna zębata systemu von Rolla. mały|Rozjazd na kolei Pilatusbahn, szyna zębata systemu Lochera mały|Początek odcinka zębatego na linii ČD Kolei Izerskiej Tanvald-Kořenov, szyna systemu Abta mały|Tory Kolei Izerskiej Tanvald-Kořenov, koło wsi Desná mały|Mount Washington Cog Railway – jedna z nielicznych kolei zębatych z zachowaną trakcją parową mały|Schafbergbahn w Górnej Austrii – zabytkowy pociąg parowy na kolei zębatej w Alpach mały|Schneebergbahn w Dolnej Austrii. Trakcja spalinowa na kolei zębatej. mały|Ozubnicová železnica Štrba – Štrbské Pleso w Tatrach (Słowacja), import ze Szwajcarii z szyną von Rolla mały|Lyon – kolej zębata jako linia C metra, przebudowana z funikularu mały|Lokomotywa wyciągowa na Kanale Panamskim mały|upright|Stuttgart. Kolejka zębata jako linia tramwajowa nr 10. mały|upright|Brazylia, Paranapiacaba. Odcinek zębaty na linii sieci krajowej, używanej w ciężkim ruchu towarowym
Zastosowanie szyny zębatej miało miejsce na pierwszej linii kolejowej, na której używano parowozów i brało się po trosze z przekonania, że lokomotywa bazująca na samym tarciu koła o szynę nie będzie w stanie prowadzić cięższych pociągów. John Blenkinsop opatentował w 1811 r. tor zbudowany z żeliwnych szyn jezdnych z bocznymi zębami. Dla takiego toru, zamontowanego na linii pod Leeds, ze spadkami sięgającymi 6,7%, Matthew Murray zbudował w 1812 r. parowóz, który eksploatowano do 1839 r.
Centralnie położonej żeliwnej szyny zębatej zaczęła używać w 1848 r. Madison & Indianapolis Railway na krótkim odcinku w Madison o 6% nachyleniu (zęby sinusoidalne; Andrew Cathcart). W 1868 szynę zdjęto, a kolej stała się adhezyjną.
Pierwsza kolej całkowicie zębata, Mount Washington Cog Railway, powstała w latach 1866–1896, zbudowana przez S. Marsha. Prowadzi ona do dzisiaj ruch turystyczny na ten popularny cel wycieczek w Nowej Anglii, wznoszący się na 1904 m n.p.m. Pierwsza kolej w Europie to szwajcarska Vitznau-Rigi-Bahn, zbudowana w latach 1869–1871, wyprowadzona na wysokość 1750 m (punkt początkowy: 440 m). Obie koleje miały znacznie bardziej strome trasy, sięgające 38%. Obie też eksploatowały parowozy na trójkątnym podwoziu, pierwotnie z kotłami ustawionymi pionowo. W 1889 r. Eduard Locher zbudował Pilatusbahn – kolej zębatą na szczyt Pilatus o największym nachyleniu toru (48%); miała ona do czasu elektryfikacji parowe wagony motorowe.
W 1882 r. Roman Abt udoskonalił parowóz, który mógł poruszać się szybko na liniach adhezyjnych, jak również mocno i pewnie wspinać się na liniach zębatych. Pierwszy raz swoją technologię zastosował na kolei Rübelandbahn (odcinek Blankenburg – Tanne; tor 1435 mm; spadki do 6%), otwartej w 1885 r. Od tego momentu budowniczowie kolei stanęli przed wyborem: albo kolej będzie prowadzona jako całkowicie adhezyjna, co wydłuży linię i podwyższy koszty, albo jako częściowo zębata – co może, choć nie musi, wydłużyć czas jazdy, ale będzie tańsze w budowie. Ze względów ekonomicznych koleje takie powstały licznie poza Europą, nawet jako linie pierwszorzędnego znaczenia (np. linia Bejrut – Damaszek, Kolej Transandyjska Los Andes – Mendoza).
Najstarsze koleje zębate publicznego użytku: Mount Washington Cog Railway Vitznau-Rigi-Bahn Budapesti Fogaskerekű Vasút – 1874 Kahlenbergbahn – 1874-1922 Rorschach-Heiden-Bergbahn – 1875 Drachenfelsbahn – 1883 Trem do Corcovado – 1884 Filderbahn – 1884 Harzer Schmalspurbahnen Assmannshausener Niederwaldbahn – 1885-1917
W 1891 r. parowa osiągnęła nie pobity dotąd rekord wysokości kolei zębatych: 4300,7 m n.p.m. Kolej istnieje do dzisiaj, ma trakcję spalinową i używa szyny Abta (maksymalne nachylenie 25%). W latach 90. XIX w. pojawiły się też pierwsze koleje zębate zelektryfikowane prądem trójfazowym, obie w Szwajcarii: w 1897 – Gornergrat-Bahn, a w 1898 – Jungfraubahn.
W XX w. dokonana została konwersja kilku kolei linowo-terenowych na technologię zębatą. Wiele kolei zębatych podzieliło los funikularów i uległo likwidacji wraz z nadejściem epoki dominacji samochodu. Niejednokrotnie zastępowano też je napowietrznymi kolejami linowymi, najchętniej kolejami o ruchu ciągłym.
Kwestie techniczne Szyna zębata Najczęściej spotykane rodzaje szyny zębatej są następujące:
System Struba – najprostszy, z jedną linią zębatki wyciętej w szynie z główką w kształcie odwróconego klina; nadaje się do ruchu lekkiego na umiarkowanych spadkach. Szyna zastosowana po raz pierwszy na Jungfraubahn. Jeśli zębatka wycięta jest w ustawionym pionowo profilu płaskim, to jest to system von Rolla.
System Riggenbacha – rodzaj drabiniastej zębatki, ma ważną zaletę: śnieg nie gromadzi się w wycięciach między zębami szyny. Zęby mają przekrój trapezowy. Pierwszy raz zastosowana na Vitznau-Rigi-Bahn (1869-1871). Podobną szynę, ale ze szczeblinami o przekroju cylindrycznym, zastosowano na Mt Washington Cog Rly. (system Marsha).
System Abta – podwójna zębatka pionowa („podwójny system Struba”), przesunięta o pół fazy, umożliwia głębokie zaczepienie koła zębatego pojazdu w każdej fazie obrotu; stosowana jest na liniach obciążonych cięższym ruchem. Zastosowana po raz pierwszy na Harzbahn.
System Lochera – nie przyjął się na większą skalę. System wymaga rozjazdów skomplikowanej konstrukcji: na Pilatusbahn Locher wprowadził rozjazdy z odwracaną częścią łuku (p. zdjęcie).
Na rozjazdach położonych na umiarkowanym spadku można przerwać szynę zębatą na przecięciu z szyną jezdną – co upraszcza ich budowę. W większości kolei szyna zębata jest lekko wyniesiona ponad poziom główek szyn jezdnych, dzięki czemu na rozjazdach położonych na większych spadkach zębatkę nasuwa się na szynę jezdną. Jest to możliwe wtedy, gdy na odcinkach zębatych nie urządza się jednopoziomowych przejazdów. W przypadku torowisk ulicznych (np. w Stuttgarcie) poziom zębatki musi być obniżony – przez co konstrukcja każdego rozjazdu jest bardziej skomplikowana.
Kolej adhezyjna, kolej zębata, kolej linowa Typowe koleje adhezyjne (poruszające się dzięki sile tarcia koła o główkę szyny) mają niewielką tolerancję nachylenia podłużnego toru. Nachylenie 2,5% jest zwykle przyjęte jako graniczne, zwłaszcza na liniach głównych, niemniej jednak istnieje wiele linii bardziej stromych. Gotthardbahn (1872-1874) ma 2,8% maksymalnego nachylenia, a linia wysokich prędkości Kolonia – Frankfurt (2003) – 4%. ma nachylenie 4% na dojściu do tunelu La Galera (4781 m n.p.m.; tor 1435 mm, 1893)The Magic of The Andes, część witryny Mike’s Railway History. Railways as they were in the years until 1935., a nachylenie kolei Flåmsbana w Norwegii dochodzi do 5,5%. Wyjątkowo dużym spadkiem charakteryzowała się elektryczna Ferrocarril Guaqui a La Paz (Boliwia, tor 1000 mm) na zjeździe z El Alto do La Paz: 7,4% (1904, zamkn. 70.)Allen Morrison, The Tramways of Bolivia.. Obie koleje prowadziły ruch towarowy, choć ta druga miała charakter bardziej tramwajowy (interurban). Turystyczna Hakone Tōzan Tetsudō (pref. Kanagawa, Japonia; tor 1435 mm), z l. 1915-1930, ma spadki dochodzące do 8% (i 3 „zygzaki”). Linie tramwajowe mają niekiedy na krótkich odcinkach nachylenia rzędu 10% (w Lizbonie – 14%), a na praskiej linii między Troją i Kobylisami spadek sięga 8% na długości ok. pół kilometra.
Natomiast na kolejach zębatych maksymalne nachylenie wynosi, jak dotąd, 48% Pilatusbahn. Inaczej przedstawia się ten problem na liniach technologii mieszanej (adhezyjnej i zębatej). W tym wypadku, dla szyny Abta, zalecano pod koniec XIX w. następujące nachylenia maksymalne: dla ciężkiego ruchu turystycznego – 12,5%, dla lekkiego ruchu pasażerskiego i towarowego – 8%, dla ciężkiego ruchu pasażerskiego i towarowego – 5%Der Weltverkehr und seine Mittel, 1.Teil, jako Das Buch der Erfindungen. Gewerbe und Industrien, IX.Auflage, IX.Bd., Otto Spamer, Lipsk, 1901, s. 137.. Rozwój technologiczny kolei wskaźniki te nieco złagodził. Kilka kolei, pierwotnie zębatych, przekształcono w adhezyjne m.in. Murgtalbahn w 1924 r. – 5%, w 1932 r. – 5,5%.
Dolna granica kąta nachylenia kolei linowo-terenowych nie istnieje dla lin funkcjonujących w obwodzie zamkniętym. Najłagodniej nachylona kolej działająca na zasadzie przeciwwagi (funikular) miała spadki w granicach 2–16%; najbardziej strome mają nachylenia przekraczające 100%Tj. więcej niż 45 stopni, więcej w artykule Pochylenie poziome trasy.. Istnieje zatem znaczny przedział, w którym kolej może być eksploatowana jako zębata lub jako linowo-terenowa. Ponieważ, w przeciwieństwie do funikularu, długość linii zębatej jest praktycznie nieograniczona, ruch pociągów kolei zębatych można kształtować bardziej dowolnie, a ich trasy wydłużać na odcinki adhezyjne, więc niejednokrotnie funikulary zamieniano na koleje zębate. Tendencja ta była szczególnie wyraźna w III ćw. XX w. Konwersja objęła następujące koleje: kolej Saint-Jean – Saint-Just w Lyonie, 1899 (1958: powrót do funikularu) w St. Gallen, 1950; kolej Ouchy – Flon w Lozannie, 1954/1958; Dolderbahn w Zurychu, 1972; kolej Croix Paquet – Croix Rousse w Lyonie, 1972-1974; odcinek Piassagüera – Paranapiacaba kolei sieci krajowej w Brazylii, 1974 r.; kolej Catanzaro Marina – Catanzaro Città w Catanazaro, reaktywacja trasy w 1998 r.
W przeciwnym kierunku, oprócz dwóch kolei w Lyonie, konwersja na funikular dotyczyła odcinka zębatego tramwaju w Trieście (1928). Można też zauważyć, że ostatnio popularniejszy staje się ponownie napęd linowy. Ważnym odejściem od technologii zębatej była trzecia przebudowa linii Ouchy – Flon w Lozannie w latach 2006–2008 (połączona ze znacznym wydłużeniem trasy), tym razem na adhezyjną kolej ogumioną Ouchy-Olympique – Croisettes (jako linia M2 lozańskiego „metra”; maksymalny spadek 12%).
Wybrane koleje Koleje wydzielone całkowicie zębate Mount Washington Cog Railway – zaprojektowana przez Sylvestra Marsha i zbudowana w l. 1868/1869; różnica wysokości – 1094 m, nachylenie maksymalne – 37,4% (średnie 25%), tor 1422 mm. Znaczna część trasy przebiega na lekkich drewnianych wiaduktach. Przykład zabytkowej kolei eksploatującej nadal trakcję parową. Funkcja turystyczna. Pilatusbahn (kanton Obwalden, CH) – zaprojektowana przez Eduarda Lochera i zbudowana w 1889 r., elektryfikacja 1937, 4,6 km długości, różnica wysokości – 1629 m, nachylenie maksymalne – 48% (najbardziej stroma kolej zębata na świecie), tor 800 mm. Funkcja turystyczna i sportowa.