Tannstangbane

Tannstangbane er en jernbane med så store stigninger at friksjonen mellom stålhjul og skinner ikke er tilstrekkelig til å hindre hjulspinn (normalt over 55‰). For å kunne forsere stigningene benyttes lokomotiver med tannhjul som går i inngrep på en tannstang i sporet. Tannstangbaner benyttes typisk fra 40‰ til 200‰ stigning og det er vanlig med flere (minst 3) uavhengige bremsesystemer. De vanligste systemene bruker vertikale tannhjul og tannstenger, mens verdens bratteste tannstangbane – Pilatusbanen – benytter horisontale tannhjul og tannstenger med tenner på hver side (Locher-systemet). Horisontale tannhjul benyttes ved store stigninger der det er fare for at lokomotivets vekt skal få tannhjulet til hoppe ut av sporet. Tannstangsystemer er typisk brukt i fjellområder på jernbaner som ikke er tilknyttet resten av jernbanenettet, men brukes også på bratte seksjoner av vanlige jernbanelinjer tilkyttet det regulære jernbanenettets adhesjons-strekninger. På rene tannstangbaner er lokomotivets vanlige hjul kun løpehjul som bærer vekten, og all fremdrift og bremsing blir besørget av tannhjulet.
Europas høyeste jernbane er tannstangbanen opp til Jungfraujoch, mellom Jungfrau og Mönch i de sveitsiske alper.
Den første tannstangbanen ble satt i drift i 1812 ved gruvebanen Middleton Railway i Storbritannia. John Blenkinsop tok patent på en tannstangbane i 1811. Skinnene som var i bruk var av støpejern og hadde smalere toppflate enn dagens moderne skinner. Dette gjorde at sporene ikke kunne bære tunge lokomotiver, og direktøren John Blenkinsop tvilte på at friksjonen mellom hjul og skinne alene ville være nok til å trekke tunge tog. Han tok derfor patent på et tannstangsystem i 1811 der tennene var plassert på utsiden av den ene skinnen. Middleton Railway hadde ikke bratte partier; tannstangsystemet ble valgt for å kunne trekke tunge togsett.
På nordsiden av Ohio-elven ved Madison, Indiana, ble det i 1847 anlagt den første jernbane med tannstang midt mellom skinnene.
Den første fjelljernbanen med tannstangsystem var Mount Washington Cog Railway i New Hampshire, USA. Denne banen åpnet i 1868 og hadde største stigning 37,4 %. Tannstangsystemet ble utviklet av Sylvester Marsh, og tannstangen er utformet av to vinkeljern med «trinn» imellom seg (ikke ulikt Riggenbach-systemet), noe som sikrer at minst to tenner er i inngrep til enhver tid. Marsh-systemet reduserer også faren for at tannhjulet skal klatre ut av tannstangen i de bratteste partiene og forårsake en fatal avsporing.
Europas første fjelljernbane med tannstangdrift var Vitznau-Rigi-Bahn i Sveits, og ble åpnet i 1871. Tannstangsystemet var patentert av den sveitsiske ingeniøren Niklaus Riggenbach i 1863, og kalles Riggenbach-systemet. Systemet har klare likhetstrekk med Marsh-systemet på Mount Washington Cog Railway, men ble utviklet uavhengig av dette.
Alle de tidligste tannstangbanene brukte damplokomotiver. Stigningene gjorde at kjelene enten måtte være vertikale eller vinkles i kjøreretningen for at ikke fyrgangene skulle komme over vannivået og forårsake overopphetning og kjele-eksplosjon. Disse lokomotivene kunne ikke brukes på flate strekninger, og som en konsekvens av disse problemene, var fjelljernbanene tidlig ute med å ta i bruk elektriske lokomotiver.
Gornergratbanen i Zermatt var den første med elektrisk drift da den ble tatt i bruk i 1898.
Det finnes ingen tannstangbaner i Norge. Flere planer for tannstangdrift har vært lagt fram, men ingen har blitt realisert. Under planleggingen av Flåmsbana var et av alternativene en adhesjonsbane med tannstangdrift i de bratte partiene. Flåmsbana ble imidlertid bygd som en ren adhesjonsbane. Den norske ingeniøren Jens Sigfred Hopstock (1853–1924) planla en privat elektrisk tannstangbane fra Voss til Stalheim i Sogn og Fjordane i 1895. Planene ble godkjent av Stortinget, men banen ble aldri bygd. I 1904 ble det lagt fram planer for en tannstangbane fra Stalheim til Gudvangen som et alternativ til Flåmsbana, men heller ikke denne banen ble realisert. Et av forslagene for Hardangerbanen var tannstangbane i det bratte og vanskelige partiet ved Skjervet. Tidlig på 1900-tallet ble det vurdert å anlegge tannstangbane til Frognerseteren knyttet til Holmenkollbanen.
De fleste tannstangbaner i verden har utelukkende turistformål. Noen tannstangbaner som er verd å nevne:
Mange forskjellige tannstangsystemer er – og har vært – i bruk. Et felles problem for alle er konstruksjon av sporveksler. Spesielt Locher-systemet krever kompliserte mekaniske løsninger. Noen av systemene som er i bruk per 2010: