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1893 kegte der Zürcher Industrielle Adolf Guyer-Zeller wiederum ein Jungfraubahnprojekt vor. Danach sollte eine Zahnradbahn auf der Kleinen Scheidegg an die Wengernalpbahn anschließen und in einem langen Felstunnel durch die Massive von Eiger und Mönch, unter dem Jungfraujoch hindurch, bis unter den Gipfel der Jungfrau führen. 1894 erhielt Guyer-Zeller die Konzession, nachdem durch eine medizinische Expedition ins Hochgebirge bei Zermatt nachgewiesen worden war, daß der Betrieb einer Bahn in solchen Höhen den Fahrgästen keine gesundheitlichen Nachteile brachte. Nach dem Baubeginn 1896 wurde die Bahn stückweise in Betrieb genommen. Mit den Fahrgeldeinnahmen wurde der weitere Bau finanziert. 1898 verkehrte die JB bis Eigergletscher, 1899 wurden die Fahrten bis zum provisorischen Tunnelbahnhof Rotstock mit Aussichtmöglichkeit ausgedehnt. 1903 wurde die Station Eigerwand, 1905 die Station Kallifirn, die heute "Eismeer" heißt. Hier wurde ein Tunnelrestaurant mit Aussichtsfenster auf den Gletscherkessel unter Schreckhorn und Lauteraarhorn eingerichtet.
An der Station Eismeer blieb der Bahnbau erst einmal stecken, da neue Finanzmittel beschafft werden mußten. Außerdem wurden die alten Pläne Guyer-Zellers etwas abgeändert; die ursprünglich vorgesehen Station am Mönchjoch hätte ein Gegengefälle zum Jungfraujoch erfordert. Um dies zu vermeiden, wurde auf die Haltestelle verzichtet. Als 1911 die Gelder fast aufgebraucht waren, entschied die Bahngesellschaft, auf den Jungfraugipfel zu verzichten und statt dessen die Endstation dicht unter dem Jungfraujoch anzulegen. Am 1. August 1912 war die JB fertiggestellt, wenn auch nicht mit dem ursprünglich anvisierten Ziel. Immerhin ist Jungfraujoch (3454 m) bis heute der höchste Bahnhof Europas.
Die von Anfang an elektrisch betriebene Jungfraubahn war jahrzehntelang eine gemischte Zahnrad- und Adhäsionsbahn. Bis Eismeer verkehrten Zahnradzüge, gebildet aus Rowan-Kompositionen, die nach und nach entsprechend dem Baufortschritt geliefert worden waren. In Eismeer mußten alle Fahrgäste umsteigen; ab hier herrschte Reibungsbetrieb in dem dort flach geneigten Tunnelabschnitt, während auf den letzten 500 m vor Jungfraujoch wieder das Zahnrad mithelfen mußte. Für die Strecke Eismeer-Jungfraujoch standen eigene Lokomotiven mit Zahnrad- und Adhäsionsantrieb zur Verfügung. Diese komplizierte Betriebsabwicklung wurde erst 1951 aufgegeben, als auch in der flachen Tunnelstrecke eine Zahnstange eingebaut wurde und die JB so zur reinen Zahnradbahn wurde. Der Umbau verbilligte vor allem die Beschaffung neuen Rollmaterials. Ab 1955 wurden die Triebwagen 201-210 abgeliefert, die nur noch Zahnradantrieb haben. Das Drehstromsystem wurde 1960 von 500 V 40 Hz auf 650 V 50 Hz geändert, damit die Energieversorgung an das landesweite 50 Hz-Netz angeschlossen werden konnte; 1964 wurde die Spannung endgültig auf 1125 V angehoben.
Der Verkehr der JB wird heute von modernen Triebwagen und den zugehörigen Vorstellwagen abgewickelt. Die neueste Generation stammt aus dem Jahre 1993. Nur an Schönwettertagen im Sommer kommen noch die alten Elloks mit ihren hölzernen Personenwagen zusätzlich zum Einsatz, darunter der einzige noch betriebsfähige Rowan-Zug der Schweiz. Da die Fahrgeschwindigkeit beim Drehstromsystem von der Frequenz abhängig ist und außer bei den neuen Triebwagen kaum geregelt werden kann, haben alle JB-Triebfahrzeuge ein umschaltbares Getriebe. Auf den flachen Abschnitten Kleine-Scheidegg-Fallboden und Eismeer-Jungfraujoch fahren Triebwagen mit 24 km/h und Loks mit 19 km/h, auf der vollen Steigung von 25,0 % jeweils nur halb so schnell.
Im Winter verkehren auf dem offenen Teilstück Scheidegg-Fallboden-Eigergletscher zusätzliche Sportzüge für Skifahrer. Bei den einzelnen Zugfahrten können sich bis zu vier zweiteilige Züge auf Sicht folgen.