Scharfenbergkupplung
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Die Scharfenbergkupplung (Abk. Schaku) gehört zu den Mittelpufferkupplungen. Sie wird in der Regel an Triebzügen und Straßenbahnen verwendet und ermöglicht ein schnelles, einfaches und vor allem sicheres Kuppeln und Entkuppeln von Zügen. Entwickelt wurde die Kupplung 1903 von Karl Scharfenberg in der Waggonfabrik L. Steinfurt AG in Königsberg, der am 18. März 1904 darauf das Patent erhielt. (Patentnr. 149 727)
Inhaltsverzeichnis |
[Bearbeiten] Einleitung
Züge bestehen schon seit Anfang der Bahngeschichte aus mehreren Waggons, die mittels Kupplungen verbunden werden. Früher musste man diese per Hand kuppeln, was sehr gefährlich war. Die 1903 patentierte Kupplung von Karl Scharfenberg verringert dieses Risiko massiv, da sich mit ihr die Waggons aneinander kuppeln lassen und sogar die elektronischen und pneumatischen Leitungen automatisch mitgekuppelt werden, ohne dass jemand zwischen die Waggons klettern muss. Diese Erfindung, die auch oft kurz Schaku genannt wird, hätte eigentlich eine Wende bei der Bahn auslösen müssen, aber die Deutsche Bahn hat bis heute immer noch nicht alle Waggons mit dieser Kupplung ausgerüstet.
[Bearbeiten] Geschichte
Am 20. September 1831 begann in Deutschland die Geschichte der Eisenbahn. Deutschland hat die Technik der Eisenbahn von den Engländern übernommen, genauso wie Amerika und viele andere Länder. In Deutschland gab es dadurch die gleiche Spurbreite, den gleichen Antrieb, die gleiche Ausrüstung der Wagen, die gleichen Buffer (heute Puffer) und auch die gleiche Kupplung wie in England.
Die Waggons hatten am Anfang auf einer Seite einen Puffer und auf der anderen ein Brett, die nur durch eine Stange, an der eine Öse war, verbunden wurden. Das hatte aber den Nachteil, dass sie nicht verdreht werden konnten und die Waggons deshalb nur schlecht Kurven fahren konnten. 1890 einigte man sich auf die Schraubenkupplung, die aber viele Gefahren mit sich brachte. Der Rangierer hatte damals einen der gefährlichsten Jobs bei der Eisenbahn, er musste über die Puffer klettern oder unten ihnen hindurch kriechen. Dann musste er den Kuppelbolzen im richtigen Moment einrasten lassen und festschrauben, um die Wagen zu verbinden bzw. im richtigen Moment zu lösen, um die Waggons zu trennen und das an Wagen, die meistens ungebremst waren.
In den USA starben im Jahr 1893 433 Rangierer beim Kuppeln. Darum waren die Amerikaner die ersten, die etwas verändern wollten. Der damalige amerikanische Präsident sagte bereits 1889: „Es ist ein Vorwurf für unsere Zivilisation, dass eine Klasse von Arbeitern unseres Landes, die einen notwendigen nützlichen Beruf ausübt, einer Leibes- und Lebensgefahr ausgesetzt ist, die ebenso groß ist, wie diejenige, die einem Soldaten im Krieg droht“. Im selben Jahr wurde in Amerika beschlossen, dass alle Wagen mit einer Mittelpufferkupplung ausgestattet werden müssen, damit die Rangierer nicht mehr über die Puffer klettern müssen und sich dabei gefährden. Durch die neue Kupplung starben in Amerika 1914 nur noch 171 Menschen beim Kuppeln.
In Deutschland suchte der Verein Deutscher Eisenbahnverwaltung bereits 1873 mit dieser 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 zufrieden stellenden Antworten auf dieses Schreiben. In Deutschland konnte keine Kupplung gefunden werden, die alle Anforderungen des Vereins Deutscher Eisen-bahnverwaltung erfüllte. Dies sollte sich erst im Jahre 1903 ändern. Karl Scharfenberg meldete am 6. Mai 1903 sein Patent an. Das Patent Nummer 149 727 lautet: „Mittelpufferkupplung mit Öse und drehbarem Haken als Kuppelglieder“. Zu dieser Zeit wurden hunderte Patente auf automatische Kupplungen angemeldet.
Seine Kupplung konnte sich bei der Staatsbahn aber nicht durchsetzten und wurde als erstes 1909 in der eigenständigen Kleinbahn, die von Memel nach Plicken fuhr, eingesetzt und bewährte sich gut. Etwas später meldete die Staatsbahn dann doch Interesse an Scharfenbergs Kupplung an und baute sie testweise 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 und es wurde festgelegt, dass die schweren Kupplungen für Züge in Königsberg und alle anderen Kupplungen, beispielsweise für Lastwagen, in Bautzen gebaut werden. Durch die Zusammenarbeit mit einigen Elektrofirmen, unter anderem mit Siemens und Brown wurde eine überarbeitete Scharfenbergkupplung entwickelt, mit der man auch elektrische Leitungen kuppeln konnte. Zuvor mussten die elektrischen Leitungen per Hand eingesteckt werden.
Da sich in den Vorortbahnen von Berlin die amerikanische Willison-Kupplung nicht bewährt hatte, waren sie auf der Suche nach einer besseren Kupplung. Sie beschlossen dann die Schaku einzuführen, da man bei ihr auch die Bremsleitungen und die elektrischen Leitungen automatisch kuppeln konnte. 1928 baute auch die Berliner U-Bahn die Schaku ein und wenig später die U-Bahn in Buenos Aires (Argentinien). Die ersten Eisenbahnen, die auf den Gleisen der Deutschen-Reichsbahn mit der Schaku fuhren, waren 1935 die Diesel-Schnelltriebwagen und der Henschelwegmann-Zug, der mit seiner Dampflok eine Geschwindigkeit von 175 km/h erreichen konnte.
Alle Neufahrzeuge in Deutschland werden seit 1970 so gebaut, dass man sie leicht auf eine Scharfenbergkupplung umbauen kann, aber als Standard eingeführt wurde sie bis heute noch nicht.
Nach dem zweiten Weltkrieg verlegte die Scharfenberg AG ihren Sitz nach Salzgitter. Nach mehrmaligem Besitzerwechsel hat schließlich der Voith - Konzern die Scharfenbergkupplung GmbH & Co. KG, die heute unter dem Namen Voith Turbo Scharfenberg GmbH & Co. KG bekannt ist, übernommen.
Nur im Hochgeschwindigkeitsverkehr, bei dem deutschen ICE und dem französischen TGV, ist die Kupplung standardmäßig verbaut. Auch wenn die Schaku immer noch nicht Standard in Europa ist, steigt ihre Verbreitung. 1935 waren nur 20 000 Kupplungen verbaut, 2004 waren es bereits über 250 000.
[Bearbeiten] Funktionsprinzip und technische Daten
Beim Zusammenfahren von zwei Waggons mit der 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 Zusammenfahren 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 den Greifer , der unten an der Kupplung ist, werden die Kupplungen grob aufeinander ausgerichtet, so dass man auch in Kurven, Tälern und Bergen kuppeln kann. Es kann sogar gekuppelt werden, wenn die Kupplungen bis zu 370 mm horizontal und bis zu 140 mm vertikal verschoben sind. Die Feinabstimmung erfolgt über die Kegel und Trichter, die perfekt ineinander passen und so die Kupplungen ganz genau aufeinander legen. Die Verbindung wird über den Kuppelverschluss hergestellt. Der Kuppelverschluss rastet beim Aufeinanderfahren ab einer Geschwindigkeit von 0,6 km/h in die andere Kupplung ein, wodurch eine feste Verbindung hergestellt wird. Man kann diese Kupplung elektrisch, pneumatisch oder per Hand wieder entkoppeln.
Die Kupplungen können je nach Ausführung mehrere tausend kN Zug- und Druckkräfte über-tragen und bis zu einer Tonne wiegen.
Einige Kupplungen können einen Druck von über ein Tausend kJ aufnehmen, ohne dass der Zug einen Schaden nimmt. Diese enormen Kräfte entstehen überwiegend beim Ankuppeln und nicht im Betrieb, von daher ist die Zug-Energieaufnahme auch immer wesentlich niedriger, da sie nur die Zugkräfte beim Anfahren aufnehmen muss. Bei kleinen Straßenbahnen ist die Energieaufnahme sehr viel geringer, da sie nicht so lang sind und auch nicht so viel Masse haben, wodurch gar nicht erst so große Kräfte entstehen.
Die meisten modernen Schakus sind außerdem beheizt, da kein reibungsfreier Betrieb möglich ist, wenn sie vereist sind.
[Bearbeiten] Aufbau und Funktion
Die Scharfenbergkupplung ist modular aufgebaut, damit man sie immer den Kundenwünschen anpassen kann. Sie besteht jedoch immer aus einem Kopfbereich und der Anlenkung.
[Bearbeiten] Kopfbereich
Der Kopfbereich ist der Teil der Kupplung, der die Wagen verbindet (in Abb. 2 der blaue Teil). Über ihn wird eine pneumatische, elektrische und mechanische Verbindung zwischen den Wagen hergestellt. Beim Kuppeln wird immer zuerst mechanisch und pneumatisch gekuppelt, und erst wenn dies geschehen ist, wird von der Mechanik eine Klappe freigegeben, die die elektrische Verbindung herstellt.
Der Kopfbereich besteht aus dem Kupplungskopf mit Kupplungsverschluss, der Luftleitungs-kupplung und der Elektrokontaktkupplung.
[Bearbeiten] Kuppelkopf mit Kuppelverschluss
Der Kuppelverschluss verbindet die zwei Fahrzeuge mechanisch miteinander. Der Kuppelkopf ist so geformt, dass er einen möglichst großen Greifbereich hat, also einen möglichst großen Bereich, indem das automatische Kuppeln möglich ist. Bei einer Scharfenbergkupplung ist dieser Bereich 370 mm horizontal und 140mm vertikal, dies wurde durch den Greifer ermöglicht, der sich unten an der Kupplung befindet. Dieser Greifer hat den Vorteil, dass die Kupplungen auch in extremen Kurven und Höhenunterschieden kuppelbar sind. Er leitet die Kupplung grob zu der anderen, und der Rest wird dann von den Kegeln übernommen, die sich perfekt in die Trichter der gegenüberliegenden Kupplung legen und so die eine Kupplung exakt auf der anderen liegt. Dies ist notwendig, da die pneumatischen- und elektrischen Leitungen sonst nicht gekuppelt werden können.
Bei der Herstellung der mechanischen Verbindung unterscheidet man den Einstellungsverschluss und den Zweistellungsverschluss.
[Bearbeiten] Einstellungsverschluss
Man unterscheidet bei dem Einstellungsverschluss 3 verschiedene Arbeitspositionen. Als Erstes befinden sich die Kupplungen in der kuppelbereiten Stellung. In dieser Position ist die Kuppelöse an der Kante des Kegels. Die „Herzstücke“ werden durch die Federn gegen einen Anschlag gedrückt, so dass sie immer richtig ausgerichtet sind.
Beim eigentlichen Kuppelvorgang drücken die Kuppelösen gegen das Herzstück der anderen Kupplung. Diese drückt sie soweit nach hinten, bis die Kuppelöse einrastet. Dann wird das Herzstück von den Federn wieder zurückgezogen und dadurch sind die beiden Kupplungen fest miteinander verbunden. Nun befindet sich die Kupplung in der gekuppelten und damit zweiten Stellung.
Zum Entkuppeln wird das Herzstück so weit gegen die Kraft der Federn gedreht, bis die Kuppelöse aus dem Hakenmaul gleitet. In dieser Stellung wird der Verschluss fixiert, indem eine der beiden Kuppelösen hinter ein Hakenmaul in die Herzstückmulde greift. Dies wird gemacht, damit die Kupplungen erst wieder einrasten können, nachdem sie komplett voneinander gelöst wurden, ansonsten könnte es passieren, dass die Öse beim Herausziehen immer wieder in dem Hakenmaul der anderen Kupplung einrastet. Wenn jetzt an einer Kupplung gezogen wird, bewegen sich die Kupplungen auseinander und befinden sich wieder in der kuppelbereiten Stellung.
[Bearbeiten] Zweistellungsverschluss
Genauso wie bei dem Einstellungsverschluss unterscheidet man auch bei dem Zweistellungs-verschluss drei verschiedene Arbeitspositionen.
In der kuppelbereiten Stellung sind die Kupplungsverschlüsse so gedreht, dass sich die Kuppelöse am Rand des Kegels befindet. Die Herzstücke werden durch die Druckfedern und durch die Klinkenstangen, die seitlich aus dem Kupplungskopfgehäuse herausragen und in die Stempelführung eingerastet sind, in ihrer Position gehalten. Bevor die Stirnflächen (Stirnflächen sind die Flächen, an denen sich die Kupplung aufeinander legt) 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 das Herzstück frei gibt. Die Herzstücke drehen sich dann bis die Kuppelösen in den Hakenmäulern liegen. Die Zugfedern, die an den Herzstücken befestigt sind, drehen die Herzstücke dann wieder bis zu einem Anschlag am Kuppelgehäuse zurück, wodurch die Verschlüsse fest verriegelt sind. Nun ist die gekuppelte Stellung erreicht.
Zum Entkuppeln werden die Herzstücke soweit 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.
Beim Trennen der Fahrzeuge bewegen sich die Stempel nach vorne und geben die Klinkenstangen frei, so dass sich die Herzstücke durch die Kraft der Zugfedern drehen können und die Kuppelösen aus dem Kegel rutschen, die dadurch die Kuppelstange zurück ziehen und wieder in die Stempelführung einrasten lassen. Nun ist die Kupplung wieder im kuppelbereiten Zustand.
[Bearbeiten] Luftleitungskupplung
Die Fahrzeuge werden über die Luftleitung pneumatisch miteinander verbunden. Über die Luftleitungen werden zum Beispiel Druckluft für Bremsen und Türen 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.
An einer Kupplung befinden sich drei Druckluftleitungen: Die Hauptluftleitung (HL), die Hauptluftbehälterleitung (HBL) und die Entkuppelleitung (EL).
[Bearbeiten] Hauptluftleitung
Die Hauptluftleitung (HL) führt die Druckluft, die zum Bremsen nötig ist.
Die Luftleitungskupplung für die Hauptluftleitung ist hinter der Stirnfläche angebracht, das Mundstück (links in Abb. 7 und 8), welches die beiden Luftleitungen miteinander verbindet, guckt ein paar Millimeter aus der Stirnfläche heraus. Die beiden Mundstücke werden beim Kuppeln durch Federn fest aufeinander gepresst, so dass keine Luft entweichen kann.
Die Luftleitungskupplung benötigt man, damit keine Luft ausströmt, wenn keine andere Kupplung angeschlossen ist. Wenn es zum Beispiel der letzte Waggon wäre, würde ohne diese Kupplung die Luft einfach hinten wieder ausströmen, so dass man nicht bremsen könnte.
Die Luftleitungskupplung für die Hauptluftleitung verfügt über ein Ventil, das von einem Bolzen gesteuert wird. Wenn die Kupplung an eine andere Kupplung angeschlossen wird, dreht sich der Bolzen,
wodurch das Ventil freigegeben und durch Federn nach unten gedrückt wird, wodurch die Druckluft hindurchströmen kann.
Wenn die Kupplungen wieder getrennt werden, dann dreht sich auch der Bolzen wieder zurück, wodurch sich auch das Ventil wieder schließt, so dass keine Luft mehr hindurchströmt.
[Bearbeiten] Hauptluftbehälterleitung
Die Hauptluftbehälterleitung (HBL) führt Druckluft für alle Vorgänge, außer „bremsen“ und „entkuppeln“. Sie führt zum Beispiel Druckluft für Türen oder Klappen.
Die Luftleitungskupplung für die Hauptluftbehälterleitung (HBL) ist hinter der Stirnfläche unter der Luftleitungskupplung für die Hauptluftleitung (HL) angebracht.
Das Mundstück der Leitung schaut, genauso wie das Mundstück der Hauptluftleitung, ein paar Millimeter heraus. Die Luftkupplung für die Hauptluftbehälterleitung hat einen federbeaufschlagten Ventilstößel. Das heißt, dass ein Ventil durch die Federn an einen Anschlag gedrückt wird und somit dafür sorgt, dass keine Luft mehr hindurchfließt. Beim Kuppeln von zwei Fahrzeugen werden die beiden Ventilstößel der Luftkupplung aneinander gedrückt und somit gegen die Kraft der Federn nach hinten geschoben, wodurch die Leitung für die Druckluft freigeben wird und diese hindurchströmen kann.
[Bearbeiten] Entkuppelleitung
Die Entkuppelleitung (EL) führt die Druckluft, die zum Entkuppeln der Scharfenbergkupplungen nötig ist.
Die Luftleitungskupplung für die Entkuppelleitung ist mit der Kupplung der Hauptluftbehälterleitung in einem Gehäuse untergebracht.
Die Luftleitungskupplung für die Entkuppelleitung führt nur Luft, wenn die Schaku entkuppelt wird, darum hat sie auch keine „richtige“ Kupplung wie die Hauptluft- und Hauptluftbehälterleitung, sondern ist einfach nur abgedichtet, indem sich beim Kuppelvorgang zwei Gummirohre aneinander drücken.
[Bearbeiten] Elektrokontaktkupplung
Die Elektrokupplung kuppelt die elektrischen Leitungen, wie zum Beispiel Steuerleitungen oder Stromleitungen für Licht und Steckdosen. Die Anordnung, Größe und Steuerung der Elektro-kupplung ist von dem Fahrzeug und der Anzahl der elektrischen Leitungen, die gekuppelt werden sollen, abhängig.
Im ungekuppelten Zustand sind die Kontakte von einer Schutzklappe vor Staub und Dreck geschützt. Wenn zwei Waggons aneinander fahren, dann werden automatisch die elektrischen Kupplungen in die Kuppelstellung gebracht, wobei sich die Schutzklappen der Kontakte automatisch öffnen. Dann werden durch den Kuppelvorgang die elektrischen Kupplungen gegeneinander gepresst und somit sind die Kontakte miteinander verbunden. Elektrokupplungen werden nach ihrer Lage, der Art der Kontakte und der Betätigung unterschieden.
Bei den meisten Fahrzeugen sind heutzutage die elektrischen Leitungen seitlich angebracht, zum Beispiel beim ICE. Es gibt aber auch Züge, an denen die Elektrokupplung über der Schaku angebracht ist.
Scharfenbergkupplungen, an denen die elektrischen Leitungen unten angebracht sind, werden kaum noch verwendet. Es gibt außerdem verschiedene Arten von Kontakten für die unterschiedlichen Leitungen. Je nachdem ob die Leitungen für Stromversorgung oder für die Steuerung sind, können die Leitungen Stromstärken von bis zu 800A übertragen.
[Bearbeiten] Anlenkung
Die Anlenkung ist der hintere Teil der Kupplung (in Abb. 2 der rote Teil). Sie kann unterschiedlich aufgebaut sein, je nachdem was der Kunde wünscht. Sie besteht aus einer Stoßsicherung, einer Zug- und Stoßeinrichtung und einer Mittenstelleinrichtung.
[Bearbeiten] Stoßsicherung
Die Stoßsicherung schützt das Fahrzeug und die Fahrgäste bei großen Auffahrgeschwindig-keiten. Je nach Fahrzeug, Gewicht und Einstellung lassen sich Auffahrgeschwindigkeiten von bis zu 20 km/h ohne Schäden an dem Fahrwerk überstehen.
Es gibt zwei Möglichkeiten die Kraft aufzunehmen, destruktiv und regenerativ.
[Bearbeiten] Verformungsrohr
Das Verformungsrohr hat eine destruktive Arbeitsweise, 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 ist genau so dünn, dass es von alleine nicht in das größere passt. Wenn jetzt eine große Kraft auf das dünne Rohr wirkt, schiebt es sich in das größere Rohr hinein, wobei sich das große Rohr ausdehnen muss, da der Durchmesser so gewählt ist, dass es ohne eine Verformung nicht möglich ist, die Rohre ineinander zu schieben. Dadurch wird sehr viel Kraft aufgenommen und der Rest des Zuges wird nicht beschädigt. Man muss danach das Verformungsrohr austauschen.
[Bearbeiten] Hydrostatischer Puffer
Der hydrostatische Puffer (Abb. 9) hat eine regenerative Arbeitsweise, was bedeutet, dass er bei der Verformung keinen Schaden nimmt und somit 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 von dem auffahrenden Fahrzeug wirkt, dann drückt er die elastische Flüssigkeit zusammen, die dann sehr stark komprimiert wird und so die Kraft speichert, ein Teil der Energie wird in Wärme umgewandelt. Wenn die Kraft vollständig aufgenommen wurde, herrscht im Inneren des Zylinders ein extrem starker Druck. Die elastische Flüssigkeit dehnt sich dann wieder aus und drückt den Kolben wieder heraus, wobei wieder etwas Energie in Wärme umgewandelt wird. Der hydrostatische Puffer nimmt durch diesen Vorgang keinen Schaden und muss nicht ausgetauscht werden.
[Bearbeiten] Gashydraulischer Puffer
Der gashydraulische Puffer hat genauso wie der hydrostatische Puffer eine regenerative Arbeitsweise.
Der Puffer besteht aus einem Plunger, der mit Stickstoff gefüllt ist und einem Zylinder, der mit Öl gefüllt ist (Abb. 10). Bei Druck 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 großen Druck auf. Wenn keine Kraft mehr auf den Puffer wirkt, dann wird kein Öl mehr durch die Öffnung gepresst. Da aber der Stickstoff unter einem hohen Druck steht, presst er das Öl wieder durch die kleine Öffnung in den Zylinder. Der Puffer befindet sich nun wieder in seiner Ausgangsstellung und der Vorgang kannte erneut geschehen.
[Bearbeiten] Zug- und Stoßeinrichtung
Die Zug- und Stoßeinrichtung dient zur Dämpfung von Druck- und Zugkräften während der Fahrt. Sie nimmt außerdem die Kräfte bei einem „normalen“ Kuppelvorgang auf.
Die Einrichtung besteht aus dem Elastomer-Federgelenk, den Stahlreibungsfedern und den Gummihohlfedern.
[Bearbeiten] 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, dann hätte man einen steifen Zug, der nicht um Kurven kommen würde und auch nicht über Berge oder durch Täler fahren könnte.
Der Federapparat besteht aus der oberen und unteren Schale, dem Federteil und dem Mittenstück. Der Federteil liegt zwischen der oberen und unteren Schale (in Abb. 11 rot) und ist mit dieser fest verbunden. In ihm befindet sich das Mittenstück, das ebenfalls fest mit dem Federteil verbunden ist.
BILD Der Federapparat ist an dem Lagerblock befestigt und an dem Mittenstück ist der Kopfteil befestigt. Wenn an dem Mittenstück jetzt eine Kraft einwirkt, egal ob Druck- oder Zugkraft, dehnt sich der Elastomere Federteil aus und absorbiert so die Kräfte, danach geht es wieder in die Ausgangs-stellung zurück. Ist die Kraft zu stark, schlägt das Mittenstück an den Rand des Gehäuses, so dass der Federteil nicht überdehnt werden kann. Da sich der Federteil in beide Richtungen bewegt und nicht überdehnt werden kann, ist er sehr langlebig.
[Bearbeiten] Stahlreibungsfeder
Die Stahlreibungsfeder befindet sich in der Kupplungsstange. Sie dient zur Aufnahme von Druck- und Zugkräften. Zur Aufnahme von Zug- und Druckkräften wird sie meisten mit einem Puffer kombiniert. Wenn eine Druckkraft wirkt, drückt sich der Puffer zusammen und reibt zusätzlich an den Stahlfedern, bei einer Zugkraft dehnt sich der Puffer dementsprechend aus und reibt dabei auch wieder an den Stahlfedern. Wenn die Belastung nach lässt, drückt sich alles durch den Puffer wieder in die Ausgangsposition.
[Bearbeiten] Gummihohlfeder
Die Gummihohlfedern (in Abb. 12 rot) sind vor und hinter der Grundplatte angebracht, die an dem Fahrzeug befestigt ist. Sie sitzen auf der Kupplungsstange auf beiden Seiten der Grundplatte. Auf der anderen Seite sind Federteller , die verhindern, dass die Federn von der Kuppelstange rutschen. Wenn jetzt eine Druck Belastung auf die Konstruktion wirkt, dann drücken sich die Federn auf der einen Seite zusammen und die auf der anderen dehnen sich aus. Bei einer Zugbelastung ist es genau umgekehrt. Es können auch mehrere Federn auf einer Seite angebracht werden, wodurch noch mehr Kraft aufgenommen werden kann. Die Gummihohlfedern sind genauso wie das Elastomer-Federgelenk auch für das horizontale und vertikale Schwenken zuständig.
[Bearbeiten] Mittenstelleinrichtung
Die Mittenstelleinrichtung dient dazu um die ungekuppelte Kupplung in der richtigen Position zu halten und um ein Aufschaukeln im gekuppelten Zustand 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, egal ob die Kupplung gekuppelt oder nicht gekuppelt ist. Die pneumatische und elektrische Mittenstelleinrichtung ist nur im Betrieb, wenn die Kupplung nicht gekuppelt ist, sobald sie gekuppelt ist werden sie abgeschaltet.
Die Funktionsweisen der drei Arten sind sich ziemlich ähnlich. Bei der mechanischen und elektrischen Mittelstelleinrichtung geschieht die Zentrierung der Kupplung durch Federn, bei der pneumatischen Mittelstelleinrichtung geschieht es durch Luftdruck.
[Bearbeiten] Verbreitung
[Bearbeiten] Straßenbahnen
Bei Straßenbahnen verbreiteten sich die Scharfenbergkupplungen zunächst langsam. Erst mit den Großraum- und Gelenkfahrzeugen der 1950er Jahre setzten sich die Scharfenbergkupplung und als Konkurrenzprodukt die BSI-Kompaktkupplung flächendeckend durch. In der DDR wurde durch leichte Abwandlung der Scharfenbergkupplung die Einheitskupplung für Straßenbahnen entwickelt, die mit dem Vorbild nahezu identisch, durch eine leichte Verdickung des Kegels aber nicht damit kuppelbar ist.
[Bearbeiten] Regelspurige Eisenbahnen
Scharfenbergkupplungen wurden bei deutschen Eisenbahnen lange Zeit hauptsächlich im S-Bahn-Verkehr, aber auch recht häufig bei Triebwagen im Nah- und Fernverkehr eingesetzt. Neben neuen S-Bahn-Fahrzeugen gehören auch einige Regionaltriebzüge dazu, sowie sämtliche ICE-Züge (beim ICE 1 nur als Notkupplung zum Abschleppen). Da bei fast allen neu beschafften Baureihen unterschiedliche Modelle der Scharfenbergkupplung zum Einsatz kamen, sind diese nur in den seltensten Fällen untereinander kuppelbar.
[Bearbeiten] Schmalspurbahnen
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 noch im Betrieb befindlichen Schmalspurbahnen in Sachsen verwenden bis auf wenige, museal erhaltene Fahrzeuge, die Scharfenbergkupplung. Es wird nur die mechanische Verbindung gekuppelt. Bremse, Stromverbindung und ggf. Heizung müssen bei dieser Ausprägung von Hand gekuppelt werden.Die Scharfenbergkupplung ist bei Schmalspurbahnen (Eisenbahnen) nur in Sachsen und im Rhein-Neckar-Raum (Oberrheinische Eisenbahn-Gesellschaft AG/Rhein-Haardtbahn GmbH) eingeführt worden.
[Bearbeiten] Fazit
Die Scharfenbergkupplung war eine revolutionäre Erfindung. Sie hätte eigentlich ein Umdenken in der gesamten Bahnindustrie auslösen müssen.
In Europa sollte die Kupplung auch schon in den 60er Jahren eingeführt werden, es gab sogar schon einen Termin. Allerdings scheiterte die Umstellung, den Grund dafür erfuhr man 1965 von einem Ingenieur der Scharfenbergkupplung GmbH: „ Die Eisenbahn der Sowjetunion wollte ihre SA3 Kupplung, die nur mechanisch automatisch kuppelt, bei der elektrische- und Druckluftleitungen jedoch mit der Hand gekuppelt werden, durch eine vollautomatische Kupplung ersetzen, scheute aber die Kosten für eine eigene Entwicklung. Sollen sich doch die „Westler“ etwas einfallen lassen!“
Die SA3 Kupplung der Sowjetunion ist jedoch nicht kompatibel mit der Schaku und so fand in ganz Europa keine Umrüstung statt.
Warum die Scharfenbergkupplung trotzdem bis heute nicht eingeführt wurde, obwohl es die Sowjetunion schon lange nicht mehr gibt, weiß niemand so genau. Seit 1970 werden alle neuen Waggons in Deutschland so gebaut, dass sie ohne größere Probleme und Kosten auf die Schaku umgerüstet werden könnten. Ein Grund dürfte aber sein, dass die Einführung enorme Kosten verursachen würde, da sämtliche Züge mit ihr ausgerüstet werden müssten, weil die Scharfenbergkupplung auch nicht mit der bisher benutzen Schraubenkupplung kompatibel ist. Die Bahn müsste daher sehr viele neue Kupplungen anschaffen, außerdem müssten die vor 1970 gebaut Waggons umgebaut werden, damit man die Schaku an ihnen befestigen könnte.
Ob dieses jemals passieren wird, kann wohl niemand beantworten. Im Moment ist eine Umrüstung der Kupplung bei der Bahn kein Thema, obwohl sie immer noch eine über 100 Jahre alte Kupplung benutzt, die noch per Hand gekuppelt werden muss.
Fest steht auf jeden Fall, dass die Schaku in vielen Bereichen zum Beispiel bei den Hochgeschwindigkeitsbahnen, wie dem deutschen ICE oder dem französischen TGV gar nicht mehr wegzudenken ist. Wahrscheinlich hätte es ohne sie auch nie so schnelle Bahnen gegeben, da man die Waggons ohne sie gar nicht so stromlinienförmig bauen könnte.
[Bearbeiten] Liste der Eisenbahn-Fahrzeuge mit Scharfenbergkupplungen in Deutschland
[Bearbeiten] 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 475, 476, 477, 480, 481, 485, 488 in Berlin
- (Mehrsystem)-Triebzüge des Karlsruher Verkehrsverbunds
[Bearbeiten] Regionalverkehr
- Baureihen 425, 426 für elektrisch betriebene S-Bahn-ähnliche Regionalverkehre
- 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)
[Bearbeiten] Fernverkehr
- 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) - Bauart Dellner
- Baureihe 601 (Deutsche Bundesbahn)
- Baureihe 675 (Deutsche Reichsbahn)
[Bearbeiten] Schmalspurbahnen
[Bearbeiten] Weiterführende Informationen
[Bearbeiten] Literatur
- Dipl.-Ing. Kurt Beier; Dipl.-Ing. Oberingenieur Peter Falk; Prof. Herbert Lindinger; Dipl.-Ing. Klaus Potschies; Dipl.-Ing. Oberingenieur Helmut Sauer, S-Bahn Berlin – Der neue Triebzug ET 480, Hestra-Verlag, Darmstadt, 1990
- Dr. Michael Braun, Karl Scharfenberg, Ein Pionier auf dem Gebiet der Eisenbahnkupplung, Eisenbahningenieur, 05.2003, S. 106f
- Erich Preuß 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, Berlin2, 13.01.1905
- 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 50.jährigen 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
[Bearbeiten] CD
- Scharfenberg GmbH und Co. KG, Schaku Interaktiv CD, 2000
