Scharfenbergkupplung

Schemazeichnung einer Scharfenbergkupplung

Kupplungsvorgang beim ICE-T. Bild 1: Züge sind kuppelbereit; Bild 2: Züge sind mechanisch gekuppelt; Bild 3: Züge sind mechanisch und elektrisch gekuppelt.

Zwei gekuppelte ICE 3

Kupplung bei einem LINT

Scharfenbergkupplungskopf der Schmalspurbahnen in Sachsen, hier an der Dampflok 99 1590 der Preßnitztalbahn in Jöhstadt

Die Scharfenbergkupplung (Abk. Schaku) gehört zu den Mittelpufferkupplungen. Sie ermöglicht ein schnelles, einfaches und vor allem sicheres Kuppeln und Entkuppeln von Zügen. Entwickelt wurde die Kupplung von Karl Scharfenberg in der Waggonfabrik L. Steinfurt AG in Königsberg, der 1904 und 1907 darauf Patente erhielt (Reichspatent 149727, angemeldet am 6. Mai 1903 und Reichspatent 188845, angemeldet am 5. April 1906). Heute ist die Schaku rund um die Welt in Zügen aller Art im Einsatz, von der Straßenbahn bis zum Hochgeschwindigkeitszug, und in nahezu allen Staatsbahnen zu finden. Im Jahr 2002 wurde der Typ 10 der Scharfenbergkupplung zum Standard für Hochgeschwindigkeitszüge erklärt und ist heute Bestandteil der Interoperabilitäts-Spezifikation (TSI).

Geschichte

In Deutschland suchte der Verein Deutscher Eisenbahnverwaltungen (VDEV) bereits 1873 mit folgender Ausschreibung nach einer besseren Kupplung: „Wegen der großen Gefahr für Gesundheit und Leben der Beamten und Arbeiter der Eisenbahn, welche mit der gegenwärtigen Kupplung verbunden ist, wird vom VDEV ein 1. Preis von 3000 Talern und ein 2. Preis von 2000 Talern ausgesetzt für die Erfindung einer Einrichtung, mittels der die Kupplung der Eisenbahnwagen vorgenommen werden kann, ohne dass ein Dazwischentreten des die Kupplung ausführenden Arbeiters zwischen die Wagen erforderlich ist.“ Es kamen aber keine zufriedenstellenden Angebote auf diese Ausschreibung. In Deutschland konnte keine Kupplung gefunden werden, die alle Anforderungen des VDEV erfüllte. Dies sollte sich erst im Jahre 1903 ändern. Karl Scharfenberg meldete am 6. Mai 1903 ein Patent an auf eine „Mittelpufferkupplung mit Öse und drehbarem Haken als Kuppelglieder“. Zu dieser Zeit wurden hunderte Patente auf automatische Kupplungen angemeldet.

Seine Kupplung wurde zunächst 1909 in der privaten Kleinbahn von Memel nach Plicken eingesetzt, wo sie sich gut bewährte. Etwas später meldete die Preußische Staatsbahn Interesse an und baute Scharfenbergs Kupplung versuchsweise in einige Großraum-Güterwagen ein.

1921 wurde die Scharfenberg-Kupplung AG mit Sitz in Berlin von der Waggonbaufirma Steinfurt in Königsberg und der Firma Busch in Bautzen gegründet. Es wurde festgelegt, dass die schweren Kupplungen für Züge in Königsberg gebaut werden sollten und alle anderen Kupplungen, beispielsweise für Lastwagen, in Bautzen. Durch die Zusammenarbeit mit einigen Elektrofirmen, unter anderem mit Siemens und Brown Boveri, wurde eine verbesserte Kupplung entwickelt, mit der man auch elektrische Leitungen verbinden konnte. Zuvor mussten die elektrischen Leitungen von Hand eingesteckt werden. Auch die Brems-Luftleitungen konnten nun automatisch verbunden werden.

Da sich in den Vorortbahnen von Berlin (Vorläufer der Berliner S-Bahn) die amerikanische Willison-Kupplung nicht bewährt hatte, war man dort auf der Suche nach einer besseren Kupplung und beschloss, die Schaku einzuführen. 1924 führte auch die Berliner U-Bahn mit dem U-Bahn-Typ BI die Schaku ein, wenig später auch die U-Bahn in Buenos Aires (Argentinien). Die ersten Vollbahnfahrzeuge, die auf den Gleisen der Deutschen Reichsbahn mit der Schaku fuhren, waren 1935 die Diesel-Schnelltriebwagen und der Henschel-Wegmann-Zug, der mit seiner Dampflok eine Geschwindigkeit von 175 km/h erreichen konnte.

Nach dem Zweiten Weltkrieg verlegte die Scharfenberg AG ihren Sitz nach Salzgitter. Nach mehrmaligem Besitzerwechsel hat 1998 schließlich der Voith-Konzern die Scharfenbergkupplung GmbH & Co. KG übernommen, die heute unter dem Namen Voith Turbo Scharfenberg GmbH & Co. KG bekannt ist.

Die Verbreitung der Schaku ist in den letzten Jahrzehnten stark angestiegen. 1935 waren nur 20.000 Kupplungen in Europa eingebaut, 2004 waren es bereits über 250.000.

Obwohl das Kuppelprinzip bei allen Scharfenbergkupplungen das gleiche ist, gibt es je nach Einsatzzweck unterschiedliche Kupplungstypen. So hat sich der Typ 10 der Scharfenbergkupplung vor allem in Vollbahn-Triebzügen auch im Hochgeschwindigkeitsverkehr bewährt und wurde 2002 zur Standardkupplung für Hochgeschwindigkeitszüge deklariert. Kleinere Typen finden sich vorwiegend in U-Bahn-Fahrzeugen und Straßenbahnen. Untereinander sind die unterschiedlichen Typen nicht kompatibel.

Funktionsprinzip und technische Daten

Beim Zusammenfahren von zwei Fahrzeugen mit Scharfenbergkupplung werden die Kupplungen fest miteinander verbunden. Sie gehen eine starre Verbindung ein, über die Zug- und Druckkräfte übertragen werden, wodurch sie sich nicht aufschaukeln können und auch beim Kuppeln nicht aufklettern können. Damit Fahrgäste eine ruhige Fahrt haben und Güter und Fahrzeuge nicht beschädigt werden, können Stoßsicherungen an der Kupplung befestigt werden, die wie Stoßdämpfer am Auto die Kräfte aufnehmen. Durch das bei vielen Scharfenbergkupplungen vorhandene Führungshorn, das unten an der Kupplung angebracht ist, werden die Kupplungen grob aufeinander ausgerichtet, so dass man auch in Gleisbögen und auf unebenem Gleis kuppeln kann. Einige Kupplungen erlauben einen Versatz von bis zu 370 mm horizontal und bis zu 140 mm vertikal. Die Feinabstimmung erfolgt über die Kegel und Trichter, die perfekt ineinander passen, womit die Kupplungen ganz genau aneinander liegen. Die Verbindung wird über den Kuppelverschluss hergestellt. Der Kuppelverschluss rastet beim Aufeinanderfahren in die andere Kupplung ein, wodurch eine feste Verbindung hergestellt wird. Man kann die Kupplung, je nach Variante, elektrisch, pneumatisch oder von Hand wieder entkuppeln.

Die Kupplungen können je nach Ausführung bis zu einer Tonne wiegen.

Einige Kupplungen können eine Druckkraft von über tausend Kilonewton ohne Schaden aufnehmen. Diese enormen Kräfte entstehen nur beim Unfall und nicht im Betrieb; hier treten wesentlich niedrigere Zug- und Druckkräfte (beim Anfahren oder Bremsen) auf. Bei kleineren Fahrzeugen ist die Energieaufnahme infolge der geringeren Fahrzeugmasse noch niedriger, wodurch auch nur geringere Kräfte entstehen.

Die meisten modernen Schakus sind beheizt, da bei Vereisung kein zuverlässiger Betrieb möglich ist.

Aufbau und Funktion

Die Scharfenbergkupplung ist modular aufgebaut, um sie unterschiedlichen Anforderungen anpassen zu können. Sie besteht aus einem Kopfbereich und der Anlenkung.

Schakuaufbau

Kopfbereich

Der Kopfbereich ist der vordere Teil der Kupplung (im Schemabild blau). Über ihn wird eine pneumatische, elektrische und mechanische Verbindung zwischen den Wagen hergestellt. Beim Kuppeln wird zuerst mechanisch und pneumatisch gekuppelt, dann wird die elektrische Verbindung hergestellt.

Der Kopfbereich umfasst üblicherweise folgende Komponenten: Kuppelverschluss, Luftleitungskupplung, Elektrokupplung und Entkuppeleinrichtung.

Kupplungskopf mit Kuppelverschluss

Der Kuppelverschluss verbindet die zwei Fahrzeuge mechanisch miteinander. Der Kupplungskopf ist so gestaltet, dass er einen möglichst großen Greifbereich besitzt, in dem das automatische Kuppeln möglich ist. Der Greifbereich wird durch einen Greifer vergrößert, der sich unten an der Kupplung befindet. Dadurch sind die Kupplungen auch in Kurven und bei Höhenunterschieden kuppelbar. Der Greifer leitet eine Kupplung grob zur gegenüberliegenden, der Rest wird dann von den Kegeln übernommen. Diese legen sich genau in die Trichter der gegenüberliegenden Kupplung, wodurch eine formschlüssige Verbindung entsteht. Dies ist Voraussetzung für das Kuppeln auch der pneumatischen und elektrischen Leitungen. Die Verbindung ist spielfrei, was den Verschleiß minimiert.

Bei der Herstellung der mechanischen Verbindung unterscheidet man den Einstellungsverschluss und den Zweistellungsverschluss.

Einstellungsverschluss

Kuppelbereit

Der Einstellungsverschluss hat nur eine Stellung. Die Kuppelösen haben im gekuppelten genauso wie im entkuppelten Zustand die gleiche Position. Die Bewegungen beim Kuppel- und Entkuppelvorgang, bei der sich die Ösen und Herzstücke ineinanderdrehen, werden nicht als zusätzliche Stellung angesehen. Zu Beginn des Kuppelvorganges befindet sich die Kuppelöse an der Kante des Kegels. Die Herzstücke werden durch Federn gegen einen Anschlag gedrückt, so dass sie immer richtig ausgerichtet sind.

Gekuppelt

Durch das Zusammenfahren der Kupplungen werden die Verschlüsse gegen die Kraft von Zugfedern so weit gedreht, bis die Kuppelöse der einen Kupplung in das Hakenmaul des Herzstücks der anderen Kupplung fasst. Ist dies geschehen, werden die Verschlüsse durch die Kraft der Zugfedern wieder in die andere Richtung gedreht, bis die Kräfte ausgeglichen sind. Die gekuppelte Stellung ist erreicht und die beiden Kupplungen sind jetzt fest miteinander verbunden

Entkuppelt

Beim Entkuppeln werden die Verschlüsse gegen die Kraft der Zugfedern so weit gedreht, bis die Kuppelösen aus den Herzstückmäulern gleiten. Dabei fasst eine Kuppelöse in eine Mulde hinter dem Herzstückmaul. So wird verhindert, dass die Kuppelösen wieder in das Herzstückmaul einrasten. Bewegen sich die Kupplungen nun auseinander, drehen sich die Kuppelverschlüsse durch die Kraft der Zugfedern wieder zurück, und die kuppelbereite Stellung ist wieder hergestellt.

Zweistellungsverschluss

Kuppelbereit

Gekuppelt

Entkuppelt

Im Gegensatz zum Einstellungsverschluss unterscheidet sich beim Zweistellungsverschluss die kuppelbereite und die gekuppelte Stellung.

In der kuppelbereiten Stellung sind die Kupplungsverschlüsse so gedreht, dass sich die Kuppelöse am Rand des Kegels befindet. Die Herzstücke werden durch die Klinkenstangen, die seitlich aus dem Kupplungskopfgehäuse herausragen und in die Stempelführung eingerastet sind, in ihrer Position gehalten. Bevor die Stirnflächen (das sind die Flächen, an denen die Kupplungen aneinander liegen) aufeinander treffen, drücken die Kegel die Stempel in dem gegenüber liegenden Trichter zurück. Die Stempel drücken sich dadurch gegen die Verriegelung der Klinkenstangen, die sich löst und den Verschluss freigibt. Die Verschlüsse werden durch die Kraft der Zugfedern gedreht. Dabei fassen die Kuppelösen in die Herzstücke. In ihrer Endposition befinden sich die Verschlüsse in einem Kräftegleichgewicht. Die gekuppelte Stellung ist erreicht.

Zum Entkuppeln werden die Herzstücke so weit gegen die Kraft der Zugfedern gedreht, bis die Kuppelösen aus den Hakenmäulern gleiten. In dieser Position fixieren die Klinkenstangen die Verschlüsse, da sie in die Stempelführung einrasten.

Auf diese Weise befindet sich die Kupplung nach dem Trennen der Fahrzeuge wieder in kuppelbereiter Stellung

Luftleitungskupplung

Die Fahrzeuge werden über die Luftleitungskupplung pneumatisch miteinander verbunden. Über die Luftleitungen wird Druckluft zum Bremsen und für andere Zwecke übertragen. Die Leitungen befinden sich immer an der Stirnfläche und meistens zwischen dem Kegel und dem Trichter. Die Mundstücke der Leitungen schauen immer ein kleines Stück heraus und werden beim Kuppeln auf die Mundstücke der anderen Kupplung gedrückt.

Es gibt drei Arten von Luftleitungskupplungen, die an einer Kupplung vorhanden sein können: Die Hauptluftleitung (HLL), die Hauptluftbehälterleitung (HBL) und die Entkuppelleitung (EL).

Hauptluftleitung

Hauptluftleitung geschlossen

Die Hauptluftleitung (HLL) führt die Druckluft zur Brems-Steuerung. Auf dieser Leitung ist immer Druck vorhanden; sobald ein Druckabfall eintritt, kommt es zur Bremsung.

Die Luftleitungskupplung für die Hauptluftleitung ist im oberen Teil der Stirnfläche angebracht. Das Mundstück (siehe Abb. links), welches die beiden Luftleitungen miteinander verbindet, ragt einige Millimeter aus der Stirnfläche heraus. Die beiden Mundstücke werden beim Kuppeln durch Federn fest aufeinander gepresst, so dass keine Luft entweichen kann.

Hauptluftleitung offen

Beispiel bei einem Zweistellungsverschluss: Die Luftleitungskupplung für die Hauptluftleitung verfügt über ein Ventil, das von dem Hauptbolzen des Kuppelverschlusses gesteuert wird. Beim Kuppeln dreht sich der Bolzen, wodurch das Ventil freigegeben und durch Federn nach unten gedrückt wird, so dass die Druckluft hindurchströmen kann.

Wenn die Kupplungen wieder getrennt werden, dreht sich auch der Bolzen wieder zurück, wodurch auch das Ventil sich wieder schließt, so dass keine Luft mehr hindurchströmt. Hiermit wird verhindert, dass Luft ausströmt, wenn keine andere Kupplung angeschlossen ist; der Zug könnte infolge angelegter Bremsen sonst nicht mehr fahren.

Hauptluftbehälterleitung

Die Hauptluftbehälterleitung (HBL) führt Druckluft für alle angeschlossenen Verbraucher, beispielsweise Türschließeinrichtungen oder Luftklappen. Auch die Luft zum Entkuppeln wird hier bereitgestellt.

Die Kupplung für die Hauptluftbehälterleitung (HBL) ist hinter der Stirnfläche unter der Kupplung für die Hauptluftleitung (HLL) angeordnet.

Das Mundstück der Leitung schaut, genauso wie das Mundstück der Hauptluftleitung, einige Millimeter aus der Fläche heraus. Die Luftkupplung für die Hauptluftbehälterleitung hat einen federbeaufschlagten Ventilstößel. Im ungekuppelten Zustand wird ein Ventil durch die Federn an einen Anschlag gedrückt und sorgt dafür, dass keine Luft mehr hindurchfließt. Beim Kuppeln werden die beiden Ventilstößel der Luftkupplungen aneinander gedrückt und somit gegen die Kraft der Federn nach hinten geschoben, wodurch die Leitung für die Druckluft freigeben wird.

Entkuppelleitung

Die Entkuppelleitung (EL) führt die Druckluft, die zum automatischen Entkuppeln der Scharfenbergkupplungen nötig ist.

Die Luftleitungskupplung für die Entkuppelleitung ist mit der Kupplung der Hauptluftbehälterleitung in einem Gehäuse untergebracht und bekommt von dieser die Luft, um den Entkuppelvorgang durchzuführen.

Die Luftleitungskupplung für die Entkuppelleitung führt nur Luft, wenn die Schaku entkuppelt wird, darum hat sie auch keine vollständige Kupplung wie die Hauptluft- und Hauptluftbehälterleitung, sondern ist nur einfach abgedichtet, indem sich beim Kuppelvorgang zwei Gummirohre aneinanderdrücken.

Elektrokontaktkupplung

Die Elektrokupplung kuppelt die elektrischen Leitungen, wie zum Beispiel Steuerleitungen oder Stromleitungen für Licht und andere Verbraucher. Die Anordnung, Größe und Steuerung der Elektrokupplung ist vom Fahrzeug und der Anzahl der elektrischen Leitungen, die gekuppelt werden sollen, abhängig.

Im ungekuppelten Zustand sind die Kontakte mittels einer Schutzklappe vor Schmutz und Feuchtigkeit geschützt. Wenn zwei Fahrzeuge aneinander fahren, werden die elektrischen Kupplungen automatisch in die Kuppelstellung gebracht, wobei sich die Schutzklappen selbsttätig öffnen. Die elektrischen Kupplungen werden gegeneinander gepresst und die Kontakte so miteinander verbunden.

Elektrokupplungen werden nach ihrer Lage, der Art der Kontakte und der Betätigung unterschieden. Bei den meisten Fahrzeugen sind heute die Elektrokupplungen seitlich angebracht, zum Beispiel beim ICE. Es gibt aber auch Züge, bei denen die Elektrokupplung über der Schaku angeordnet ist; eine Anordnung unterhalb der Schaku wird kaum noch verwendet. Es gibt zudem verschiedene Arten von Kontakten für die elektrischen Leitungen. Je nachdem, ob die Leitungen zur Leistungsübertragung oder für die Steuerung verwendet werden, können die Leitungen Ströme bis zu 800 A übertragen.

Der erste nachweisbare Einsatz einer Scharfenberg-Elektrokupplung erfolgte 1932 bei der Zwickauer Straßenbahn.

Anlenkung

Mit Anlenkung wird der hintere Teil der Kupplung bezeichnet (im Schemabild rot). Sie kann je nach Aufgabenstellung unterschiedlich aufgebaut sein und besteht aus einer Stoßsicherung, einer Zug- und Stoßeinrichtung und ggf. einer Mittenstelleinrichtung.

Stoßsicherung

Die Stoßsicherung befindet sich in der Kupplungsstange. Sie schützt das Fahrzeug und die Fahrgäste vor Schäden bei zu hohen Auffahrgeschwindigkeiten. Je nach Fahrzeug, Gewicht und Einstellung lassen sich Auffahrgeschwindigkeiten bis zu 20 km/h ohne Schäden am Fahrzeug überstehen.

Es gibt zwei Möglichkeiten die Kraft aufzunehmen, destruktiv und regenerativ.

Verformungsrohr

Verformungsrohr

Das Verformungsrohr arbeitet destruktiv, was bedeutet, dass man es nach der Kraftaufnahme nicht wieder verwenden kann. Es besteht aus zwei Rohren, wobei das eine etwas dünner ist als das andere. Es passt von alleine nicht in das größere Rohr. Wenn jetzt eine große Kraft einwirkt, schiebt sich das dünne Rohr in das größere Rohr hinein, wobei sich dieses ausdehnen und verformen muss. Hierbei wird viel Energie aufgenommen. Man muss danach das Verformungsrohr austauschen.

Hydrostatischer Puffer

Hydrostatische Puffer

Der hydrostatische Puffer arbeitet regenerativ, was bedeutet, dass er bei der Verformung keinen Schaden nimmt und somit nach Beanspruchung wieder benutzt werden kann. Er hat im Inneren einen Zylinder, der mit einem elastischen Stoff gefüllt ist; meistens wird Silikon verwendet. Wenn auf den Kolben jetzt eine Kraft vom auffahrenden Fahrzeug einwirkt, drückt er die elastische Flüssigkeit zusammen, die dann stark komprimiert wird und so die Kraft speichert; ein Teil der Energie wird in Wärme umgewandelt. Anschließend herrscht im Inneren des Zylinders ein sehr hoher Druck. Die elastische Flüssigkeit dehnt sich dann wieder aus und drückt den Kolben wieder heraus, wobei ein Teil der Energie wiederum in Wärme umgewandelt wird. Der hydrostatische Puffer nimmt durch diesen Vorgang keinen Schaden und muss nicht ausgetauscht werden.

Gashydraulischer Puffer

Gashydraulischer Puffer

Der gashydraulische Puffer arbeitet genauso wie der hydrostatische Puffer regenerativ. Der Puffer besteht aus einem stickstoffgefüllten Plunger und einem ölgefüllten Zylinder. Bei auftretenden Kräften schiebt sich der Plunger in den Zylinder, wodurch das Öl durch eine kleine Öffnung gepresst wird und sich in den Plunger drückt. Zwischen Stickstoff und dem Öl, das in den Plunger strömt, befindet sich ein Trennkolben, damit sich der Stickstoff nicht mit dem Öl vermischen kann. Der Stickstoff wird dadurch stark komprimiert und baut einen hohen Druck auf. Wenn keine Kraft mehr auf den Puffer wirkt, wird kein Öl mehr durch die Öffnung gepresst. Da aber der Stickstoff nun unter einem hohen Druck steht, presst er das Öl wieder durch die Öffnung in den Zylinder zurück. Der Puffer befindet sich nun wieder in seiner Ausgangsstellung und der Vorgang kann wiederholt werden. Der gashydraulische Puffer wird meist mit einer Ringfeder zur Dämpfung der Zugkräfte kombiniert.

TwinStroke

TwinStroke

Der TwinStroke dämpft Zug- und Druckkräfte ohne ein weiteres Funktions-Element. Ein Kolbensystem überträgt die Zug- und Druckkräfte auf gashydraulischer Basis in verschiedene Gas- und Ölkammern. So kann nahezu jede Belastung unverzüglich und verschleißarm aufgenommen werden. Von Vorteil sind die geringe Baugröße und das niedrige Gewicht, da man nur noch ein Element zur Aufnahme von Druck- und Zugkräften braucht. Er ist zudem preisgünstiger als ein vergleichbares System mit zwei Elementen und ist bei Bedarf schnell auszutauschen. Der TwinStroke kann auch sehr gut wechselnde Belastungen aufnehmen.

Zug- und Stoßeinrichtung

Die Zug- und Stoßeinrichtung dient zur Aufnahme von Druck- und Zugkräften während der Fahrt und beim Kuppelvorgang. Hierzu gehören das Elastomer-Federgelenk, die Stahlreibungsfedern und die Gummihohlfedern.

Elastomer-Federgelenk

Elastomer- Federgelenk

Das Elastomer-Federgelenk (EFG) besteht aus einem Lagerblock und einem Federgelenk, das im Lagerblock so gelagert ist, dass es sich horizontal und vertikal bewegen kann. Dies ist notwendig, da die Scharfenbergkupplung im Gegensatz zur Schraubenkupplung eine feste Verbindung eingeht. Wenn man die Kupplung nicht beweglich lagern würde, hätte man einen steifen Zug, der keine Kurven oder Gefälländerungen befahren könnte. Der Federapparat besteht aus der oberen und unteren Schale, den Elastomer-Federteilen und dem Mittenstück. Die Federteile sind spielfrei in die obere und untere Schale eingelegt und mit dem Mittenstück fixiert.

Der Federapparat ist im Lagerblock horizontal schwenkbar gelagert. Wenn an dem Mittenstück jetzt eine Kraft einwirkt (Druck- oder Zugkraft), gleichen die Scherkräfte der Elastomer-Federteile diese Kräfte aus. Bei zu hoher Kraft schlägt das Mittenstück an den Rand des Gehäuses, so dass die Federteile nicht überdehnt werden können.

Weiterentwicklung des EFG als Abreißlösung

Das EFG wird über Schrauben am Fahrzeuguntergestell befestigt. Verwendet man hierbei Abreißschrauben, scheren diese bei zu hoher Belastung ab, und die Kupplung wird geführt unter den Wagenkasten geschoben. Auf diese Weise werden weitere Beschädigungen am Fahrzeug verhindert.

Stahlreibungsfeder

Die Stahlreibungsfeder befindet sich in der Kupplungsstange, die der Aufnahme von Zug- und Druckkräften dient. In der Feder befinden sich abwechselnd kleine und große Stahlringe. Wenn eine Druckkraft auf sie einwirkt, drücken sich die kleinen Ringe zusammen und dehnen sich die großen etwas aus, sodass sie ineinanderrutschen können. Bei Zugkräften werden die einzelnen Elemente auseinandergezogen. Zur Aufnahme größerer Druckkräfte wird diese Feder meistens mit einem Puffer kombiniert.

Gummihohlfeder

Gummihohlfeder

Die Gummihohlfedern sind vor und hinter der Grundplatte angebracht, die an dem Fahrzeug befestigt ist. Früher waren sie hohl, sind es aber heute meistens nicht mehr. Sie sitzen auf der Kupplungsstange auf beiden Seiten der Grundplatte. Auf der anderen Seite sind Federteller angebracht, die verhindern, dass die Federn von der Kuppelstange rutschen. Wenn jetzt eine Druckbelastung auf die Konstruktion wirkt, dann drücken sich die Federn vor der Grundplatte zusammen und entspannen sich die hinteren. Bei einer Zugbelastung ist es genau umgekehrt. Die Gummihohlfedern lassen ebenfalls bis zu einem bestimmten Winkel horizontale, vertikale und rotatorische Bewegungen zu.

Die Elastomer-Federanlenkung

Die Elastomer-Federanlenkung (EFA) ist eine neue Variante der bisherigen Gummihohlfeder-Anlenkung. Im Gegensatz zu dieser sind die Federelemente hier eckig und sichern die Kupplung so automatisch zusätzlich gegen Verdrehen.

Mittenstelleinrichtung

Die Mittenstelleinrichtung dient dazu, die ungekuppelte Kupplung in der richtigen Position zu halten und ein unkontrolliertes Ausschwenken zu verhindern. Sie kann unterhalb oder oberhalb des Lagerblocks angebracht sein.

Es gibt drei Arten von Mittenstelleinrichtungen: die mechanische, die pneumatische und die elektrische. Die mechanische ist immer im Betrieb, unabhängig davon, ob die Kupplung gekuppelt oder nicht gekuppelt ist. Die pneumatische und auch die elektrische Mittenstelleinrichtung sind nur in Betrieb, wenn die Kupplung nicht gekuppelt ist; sobald gekuppelt ist, wird sie abgeschaltet.

Die Funktionsweisen der drei Arten sind sich ähnlich. Bei der mechanischen und elektrischen Mittenstelleinrichtung geschieht die Zentrierung der Kupplung durch Federn, bei der pneumatischen durch Druckluft.

Weiterentwicklung: Der modulare Kupplungskopf one4

Die Scharfenberg-Kupplung wurde immer weiter entwickelt und verbessert, um größere Kräfte aufnehmen zu können und die Wartung zu vereinfachen. Der modulare Kupplungskopf „one 4“ wurde so entworfen, dass alle Teile hierin besser zugänglich sind. Die Stirnfläche und das restliche Kupplungskopfgehäuse bilden nicht mehr ein Stück, sondern stellen zwei einzelne Elemente dar. Der Einbau der innenliegenden Komponenten ist damit leichter und die Wartungszeiten werden stark verkürzt. Eine beschädigte Stirnfläche kann in etwa 20 Minuten ausgetauscht werden, was bei der früheren Bauart etwa zwei Stunden dauert, da der gesamte Kupplungskopf auszutauschen ist.

Die Stirnplatte des „one 4“ ist abschraubbar. Dadurch sind alle Bauteile leicht zugänglich. Der Kuppelverschluss ist einfacher zu warten und beschädigte Heizpatronen sind leichter zu ersetzen. Die Stirnplatte kann aus Edelstahl gefertigt werden, wodurch sie wesentlich weniger korrosionsanfällig ist als bei herkömmlichem Material.

SchaKu-Varianten

Es gibt je nach Anforderung an die Kupplung verschiedene Typen, die kompakter sind oder mehr Kraft übertragen können, je nachdem, in welchem Anwendungsbereich die Kupplung eingesetzt werden soll.

Typ 10

Der Typ 10 ist weltweit bei fast allen Staatsbahnen zu finden und wird auch im Hochgeschwindigkeitsbereich eingesetzt. Beispiele sind der deutsche ICE, der französische TGV, der spanische AVE S-102/S– 103 und der chinesische BSP. Dieser Typ zeichnet sich besonders durch seine hohe Festigkeit und den großen horizontalen und vertikalen Greifbereich aus. 2002 wurde er international zum Standard für Hochgeschwindigkeitszüge deklariert und ist mittlerweile auch Bestandteil der TSI-Normen. Er kann eine Druckkraft bis zu 2.000 kN und eine Zugkraft bis zu 1.000 kN übertragen.

Typ 35

Der Typ 35 eignet sich besonders für All-electric-Fahrzeuge, also Fahrzeuge, die über keine Druckluftanlage verfügen und alles nur elektrisch steuern. Er kommt vor allem in Regional- und Metrofahrzeugen zum Einsatz. Beispiele sind in Schanghai, Singapur, bei den Stadtbahnen von Salt Lake City und in Calgary zu finden. Der Typ 35 kann eine Druckkraft bis zu 1.300 kN und eine Zugkraft bis zu 850 kN übertragen.

Typ 330

Der Typ 330 ist sehr vielseitig. Er wird ebenfalls bevorzugt in Metro- und Lightrail-Fahrzeugen eingesetzt und bietet trotz kleiner Abmessungen ein hohes Maß an Festigkeit. Außerdem kann man bei diesem Typ die Elektrokupplung unter dem Kopf anordnen, um auch schmale Fahrzeuge damit auszurüsten. Für den besonders engen und kurvengängigen Trentram Avanto in Paris wurde sogar eine doppelt knickbare Kupplung entwickelt. Ungekuppelt liegt die Kupplung hinter den Bugklappen; wenn diese zum Kuppeln nach oben gefahren werden, knickt die Kupplung automatisch in die Kuppelstellung aus. Der Typ 330 kann eine Druckkraft bis zu 1.300 kN und eine Zugkraft bis zu 850 kN übertragen und hat auch ohne Greifer einen großen Greifbereich.

Typ 430

Der Typ 430 ist eine besonders leichte Bauart für Niederflur-Straßenbahnen und Peoplemover. Auch sie kann man wie den Typ330 einknicken lassen, um sie hinter den Bugklappen zu verstecken. Sie wird beispielsweise bei den Straßenbahnen in Berlin und beim KL Rapid in Kuala Lumpur eingesetzt und kann eine Druck- und Zugkraft von bis zu 300 kN übertragen.

Kurzkupplungen

Scharfenberg-Kurzkupplungen stellen eine permanente starre Verbindung von Zwischenwagen im Triebzugverband her. Die beiden Kurzkupplungshälften werden mittels Schalenmuffen verbunden, die bei Bedarf leicht voneinander gelöst werden können. Da hierbei nicht betriebsmäßig gekuppelt oder entkuppelt werden muss, wird keine Automatik benötigt. Dennoch ist eine hohe Sicherheit vorhanden, da auch diese Kurzkupplungen mit Stoßverzehrelementen sowie mit elektrischen und pneumatischen Kupplungen ausgestattet werden können. Außerdem kann man sie mit einer Abstützeinrichtung für den Fahrzeugübergang ausrüsten.

Sonderkupplungen

Typ 55

Der Typ 55 ist eine spezielle Kupplung für den Unimog. Dieser Typ ist an einen rauen Arbeitsbetrieb besonders angepasst.

Typ 140

Der Typ 140 ist für Güterwagen und Industriebahnen ausgelegt. Er eignet sich für extrem hohe Belastungen in rauer Umgebung, beispielsweise bei Kohlen- und Erztransportwagen, Kokillen- und Stahlgießwagen und bei Fahrzeugen für den Roheisentransport. Dieser Typ kann eine Druckkraft bis zu 2.500 kN und eine Zugkraft bis zu 1.500 kN übertragen.

Verbreitung

Straßenbahnen

Tatra T4 in Dresden

Bei Straßenbahnen verbreiteten sich die Scharfenbergkupplungen zunächst nur langsam. Erst mit den Großraum- und Gelenkfahrzeugen der 1950er Jahre dehnte sich ihr Einsatzgebiet in Deutschland stark aus. In der DDR wurde durch leichte Abwandlung der Scharfenbergkupplung eine Einheitskupplung für Straßenbahnen entwickelt, die mit dem Vorbild nahezu identisch, wegen einer leichten Verdickung des Kupplungskegels aber damit nicht kuppelbar ist.

Regelspurige Eisenbahnen

Scharfenbergkupplungen werden bei deutschen Eisenbahnen seit langem im S-Bahn-Verkehr und bei Triebwagen im Nah- und Fernverkehr eingesetzt. Hierzu gehören auch sämtliche ICE-Züge (beim ICE 1 nur als Notkupplung zum Abschleppen). Infolge der Fahrzeugunterschiede sind die verschiedenen Modelle der Scharfenbergkupplung zwar häufiger mechanisch und pneumatisch, zumeist aber nicht elektrisch untereinander kuppelbar. Eine Besonderheit stellte der fünfteilige Henschel-Wegmann-Zug der DRG dar, der - ebenso wie die zugehörigen Dampflokomotiven der Baureihe 61 - mit Schakus ausgerüstet war. Ebenso der H-L Schnellverkehr bei der Lübeck-Büchener Eisenbahn mit den Stromliniendampflokomotiven (Baureihe 60) und den Doppelstockwagen.

Schmalspurbahnen

Adapter für das Kuppeln von Trichterkupplungen mit der Scharfenbergkupplung

Die Scharfenbergkupplung wurde in den 1930er Jahren bei den 750-mm-Schmalspurbahnen in Sachsen als halbautomatisches Kupplungssystem eingeführt. Sie ersetzten schrittweise die vorher eingesetzten Trichterkupplungen. Um auch weiterhin Fahrzeuge mit Scharfenbergkupplung und Trichterkupplung untereinander kuppeln zu können, gibt es Adapterköpfe. Die heute noch in Betrieb befindlichen Schmalspurbahnen in Sachsen verwenden bis auf wenige museal erhaltene Fahrzeuge die Scharfenbergkupplung, aber nur als mechanische Verbindung. Luftbremse, Stromverbindung und ggf. Heizung müssen von Hand gekuppelt werden. Bei den elektrischen Meterspurbahnen im Rhein-Neckar-Raum (Oberrheinische Eisenbahn-Gesellschaft AG/Rhein-Haardtbahn GmbH) wurde die Schaku ebenfalls eingeführt; die Fahrzeuge haben straßenbahnähnlichen Charakter.

Beispiele von Eisenbahnfahrzeugen mit Scharfenbergkupplungen in Deutschland

Scharfenbergkupplung an einem Dieseltriebwagen der Baureihe 612

Gekuppelte Schaku der Baureihe 425

ICE 3-Scharfenbergkupplung

Scharfenbergkupplung bei Straßenbahn-Triebwagen der Straßenbahn Frankfurt am Main

S-Bahn-Verkehr

• Baureihen 420, 423 in München, Stuttgart und Frankfurt am Main
• Baureihe 424 in Hannover
• Baureihe 450 in Karlsruhe
• Baureihen 470, 471, 472 und 474 in Hamburg
• Baureihen ET 165 (275, 475), ET 166 (276, 477), ET 167 (277, 477), ET 168, ET 169, ET 170, 276 (476), 480, 481, 485, 488 in Berlin
• (Mehrsystem)-Triebzüge des Karlsruher Verkehrsverbunds
• Mehrsystem-Triebzüge der Saarbahn

Regionalverkehr

• Baureihen 425, 426 für elektrisch betriebene S-Bahn-ähnliche Regionalverkehre
• Stadler FLIRT (Baureihen 427 und 428) für den schnellen Regionalverkehr
• Baureihen 610, 611, 612 (Neigetechnikzug Pendolino oder RegioSwinger, dieselbetrieben)
• Baureihe 613 (ITINO)
• Baureihen 640, 648 (Regionaltriebzug LINT, dieselbetrieben)
• Baureihe 642 (Regionaltriebzug Desiro, dieselbetrieben)
• Baureihen 643, 644 (Regionaltriebzug Talent, dieselbetrieben)
• Baureihe 646 (Regionaltriebzug GTW 2/6, dieselbetrieben)
• Baureihe 650 (Regionaltriebzug Stadler Regioshuttle, dieselbetrieben)
• Baureihe 654 (Regionaltriebzug RegioSprinter der Vogtlandbahn, dieselbetrieben)
• Baureihen 771+772 (Deutsche Reichsbahn)
• Integral

Fernverkehr

• Henschel-Wegmann-Zug der DRG mit Dampfloks der Baureihe 61
• Baureihen 401 (ICE 1 – Notkupplung zum Abschleppen)
• Baureihen 402 (ICE 2), 410 (ICE S)
• Baureihen 403 (ICE 3), 406 (ICE 3M)
• Baureihen 411, 415 (ICE T)
• Baureihe 605 (ICE TD)
• Baureihe 601 (Deutsche Bundesbahn)
• Baureihe 675 (Deutsche Reichsbahn)

Schmalspurbahnen

• Baureihe 99.51–60
• Baureihe 99.67–71
• Baureihe 99.73–76
• Baureihe 99.77–79

Scharfenbergkupplungen in der Schweiz

• SBB RAm TEE^I (ausrangiert)
• SBB RAe TEE^II (ausrangiert, 1 Zug museal erhalten)
• Bombardier-Triebzug NINA (BLS, TRN, TMR)
• Bombardier-Triebzug Lötschberger (BLS)
• Schmalspurbahn der Transports de Martigny et Régions

Literatur

• Kurt Beier, Peter Falk, Herbert Lindinger, Klaus Potschies, Helmut Sauer: S-Bahn Berlin – Der neue Triebzug ET 480, Hestra-Verlag, Darmstadt, 1990
• Michael Braun: Karl Scharfenberg, ein Pionier auf dem Gebiet der Eisenbahnkupplung, Eisenbahningenieur, 05/2003, S. 106f.
• Erich und Reiner Preuß: Lexikon Erfinder und Erfindungen Eisenbahn, Berlin, 1986
• K. Sieper: Die „Schaku“ wird 100, Haltestelle, Vereinszeitschrift der Bergischen Museumsbahnen e. V. Wuppertal, 03.2003
• Patentschrift, Patentnummer 149 727, Berlin, 13. Januar 1905
• Peter Falow: Hamburger Blätter – Für alle Freunde der Eisenbahn, 04/2004
• Ralf Roman Rossberg: Geschichte der Eisenbahn, Künzelsau, 1977
• Scharfenbergkupplung GmbH, Salzgitter-Watenstedt: 50 Jahre Scharfenbergkupplung, herausgegeben aus Anlass des 50jährigen Bestehens der Scharfenbergkupplung GmbH, Salzgitter-Watenstedt, November 1971
• Tristan Micke, Wolfgang Dath: Sicher schnell und kurz verbunden, Verkehrsgeschichtliche Blätter, 03-04/2003
• Voith Turbo: Scharfenberg Frontsysteme, Infoheft
• Voith Turbo: Scharfenberg Kupplung one4 - Spitzenklasse in der Wartung, Infoheft
• Voith Turbo: Scharfenberg – Systeme, Infoheft
• Patent DE149727: Mittelpufferkupplung mit Öse und drehbarem Haken als Kupplungsglieder. Veröffentlicht am 18. März 1904.
• Patent DE188845: Eisenbahn-Mittelpufferkupplung mit doppelt angeordneter Öse und drehbarem Haken. Veröffentlicht am 6. August 1907.

CD

• Scharfenberg GmbH und Co. KG: Schaku Interaktiv, CD, 2000

Weblinks

 Commons: Scharfenbergkupplung – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Voith Turbo: Scharfenberg Kupplung. (11. Februar 2007) Online im Internet
• Elektrokupplungen
• Bahn-Galerie.de: Scharfenbergkupplung bei der Berliner S-Bahn
• Michael Braun: Der Namensgeber dieser Fakultät, Karl Scharfenberg, war ein Pionier auf dem Gebiet der Eisenbahnkupplungen. In: Internetpräsenz der Fakultät Verkehr-Sport-Tourismus-Medien an der Ostfalia. Abgerufen am 7. April 2011.