mini|Kupplung Typ 10 mit seitlichen Kontaktaufsätzen bei einem LINT mini|Schemazeichnung einer Scharfenbergkupplung, Draufsicht (von oben) mini|Kupplung zweier ICE T im Hauptbahnhof Leipzig
Die Scharfenbergkupplung, kurz und Wortmarke Schaku, ist eine starre Mittelpufferkupplung für Schienenfahrzeuge. Sie ermöglicht ein selbsttätiges Kuppeln sowie ein einfaches und vor allem sicheres Entkuppeln von Schienenfahrzeugen. Entwickelt wurde sie von Karl Scharfenberg in der Waggonfabrik Steinfurt in Königsberg, der 1904 und 1907 darauf Patente erhielt.
Geometrisch liegt die Kupplung bei europäischen Vollbahnfahrzeugen auf gleicher Höhe wie eine Schrauben- oder andere Mittelpufferkupplung zwischen 940 und 1065mm über Schienenoberkante seitenmittig etwas vor der Fahrzeugfront. Charakteristisch für die Schaku ist eine rechteckige Stoßplatte (doppelt so breit wie hoch, vertikal quer zur Fahrzeugachse stehend) mit einem nach außen vorstehenden Kegel und knapp daneben der konkave Trichter, der den Kegel des Gegenfahrzeugs aufnehmen kann. In der Ansicht der Fahrzeugfront liegt der Kegel links und der Trichter knapp rechts davon. (Vom Fahrzeug aus axial nach draußen („nach vorn“) gesehen liegt der Kegel rechts.) Bei genauerer Betrachtung hat der Kegel nahe der Spitze eine Ausbuchtung, nahe seiner Basis eine etwa zylindrische Passfläche. Der Trichter ist zur Aufnahme gegengleich ausgeformt. In der Frontalansicht etwas rechts der Mitte, knapp unterhalb der Rechteckplatte ragt ein leicht konisches Aufnahmehorn nach vorne und knickt nach einem Stück schräg nach außen/unten ab. Die Hörner eines Kupplungspaares führen die Kupplungshälften zusammen, bevor und damit die Kegel und Trichter paarweise innereinander greifen können. Vor allem bei Regional- und Nahverkehrstriebwagen sowie in Schmalspurnetzen kommen auch abweichende Kupplungshöhen vor.
Heute sind Scharfenbergkupplungen weltweit in Zügen des Personenverkehrs aller Art im Einsatz, von Straßenbahnwagen bis zu Hochgeschwindigkeitszügen, und bei vielen Eisenbahnen zu finden. Im Jahr 2002 wurde die Automatische Kupplung Typ 10Norm DIN EN 16019:2014-06 Bahnanwendungen – Automatische Kupplung – Leistungsanforderungen, spezifische Schnittstellengeometrie und Prüfverfahren, auch bekannt als „Automatische Scharfenberg-Kupplung Typ 10“, in Europa zum Standard für Hochgeschwindigkeitszüge erklärt und ist heute Bestandteil der Technischen Spezifikationen für die Interoperabilität (TSI). „Scharfenberg“ und „Schaku“ sind eingetragene Markenzeichen der Voith Patent GmbH. Das damit verbundene technische Funktionsprinzip ist hingegen nicht patentrechtlich geschützt und in der Euronorm EN16019 festgelegt, weshalb gleichwertige automatische Kupplungen vom Typ 10 verschiedener Hersteller verwendet werden können.
Geschichte In Deutschland suchte der Verein Deutscher Eisenbahnverwaltungen (VDEV) bereits 1873 mit folgender Ausschreibung nach einer im Vergleich zur Schraubenkupplung besseren Kupplung:
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 auf eine „Mittelpufferkupplung mit Öse und drehbarem Haken als Kuppelglieder“ an. Zu dieser Zeit wurden hunderte Patente auf automatische Kupplungen angemeldet. Seine Kupplung wurde zunächst 1908 bei der privaten Memeler Kleinbahn eingesetzt, wo sie sich gut bewährte.
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. In 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 verbunden werden. Auch die Bremsluftleitungen 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 Scharfenbergkupplung 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).
1926 meldete die Deutsche Reichsbahn Interesse an und baute Scharfenbergkupplungen versuchsweise in einige Großraum-Güterwagen ein, die im Kohlependelverkehr zum Berliner Kraftwerk Klingenberg verkehrten.
Weitere bekannte Vollbahnfahrzeuge, die auf den Gleisen der Deutschen Reichsbahn mit Scharfenbergkupplungen 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 übernahm 1998 der Voith-Konzern die Scharfenbergkupplung GmbH & Co. KG. Heute werden die Kupplungen von der Voith Turbo GmbH & Co. KG unter den markenrechtlich geschützten Namen „Scharfenberg“ und „Schaku“ angeboten. Kompatible Kupplungsköpfe, die nach diesem Prinzip funktionieren, werden neben Voith auch von weiteren Herstellern wie Dellner oder Wabtec produziert und vertrieben.
Die Verbreitung der Scharfenbergkupplung 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 erklärt.
Kleinere Typen finden sich vorwiegend bei U-Bahn-Fahrzeugen und Straßenbahnen. Untereinander sind die unterschiedlichen Typen nicht kuppelbar.
Funktionsprinzip
Allgemeines Kennzeichnend (und namensgebend) für die Kupplung ist das mechanische Verbindungsprinzip. Dabei ist der Kupplungskopf mit jeweils einem Kegel und einem Trichter versehen, die beim Kuppeln mit den entsprechenden Teilen der Gegenkupplung zusammengefügt werden und dadurch zu einer Zentrierung beider Kupplungsköpfe führen. Aus einem Durchbruch im Kegel ragt eine Öse, die in eine Öffnung im Trichter der Gegenkupplung eintaucht.
Durch dieses Verbindungsprinzip bildet die Scharfenbergkupplung eine starre Mittelpufferkupplung, das heißt die verbundenen Kuppelköpfe bilden eine steife Verbindung. Damit ermöglicht diese Kupplung das Mitkuppeln von elektrischen und pneumatischen Verbindungen. Zum Ausgleich von Relativbewegungen zwischen den gekuppelten Fahrzeugen sind die Kupplungen in den Bodenrahmen vertikal und horizontal ausschwenkbar gelagert.
Das Besondere an dem Verbindungsprinzip der Scharfenbergkupplung ist, dass es keinen Kuppelverschluss durch eine Raste gibt, etwa wie bei der russischen SA-3 oder der amerikanischen Willison-Kupplung. Die Übertragung der Zugkräfte erfolgt alleine durch das Kräftegleichgewicht der beiden Kuppelösen über das Herzstück und den Hauptbolzen. So wird beim Entkuppeln auch keine Raste ausgerastet, sondern lediglich das Herzstück gegen Federkraft verdreht, womit die Kuppelösen aus dem Maul der gegenüberliegenden Kupplung gelöst werden. Gerastet ist lediglich die Betätigung von an der Scharfenbergkupplung manchmal vorhandenen elektrischen Kupplungen. Der Entkuppelvorgang kann vom Führerstand aus pneumatisch, seltener elektrisch erfolgen. In jedem Falle ist jedoch eine Entkupplung von Hand möglich (Notentkupplung bei Störungen).
Die Übertragung von Stoß- und Zugkräften auf den Wagenkasten (Rahmen) eines Schienenfahrzeugs erfolgt über eine sogenannte Anlenkung (siehe z. B. Tiefanlenkung). Der die eigentliche Kupplung enthaltende Kupplungskopf ist mit dieser über eine Stoßdämpfung (oder auch starr) verbunden. Die Anlenkung ist horizontal und vertikal gegenüber dem Fahrzeug verdrehbar und bewegt sich bei Kurvenfahrten oder Steigungsübergängen entsprechend. Meist ist die Anlenkung mit einer Mittenstelleinrichtung versehen, die das Kupplungsensemble im ungekuppelten Zustand in einer Mittellage zu halten sucht und bei Auslenkung durch Rückstellkräfte in diese Lage zurückzuführen bestrebt ist.
Die Kupplungen für die pneumatischen und elektrischen Verbindungen sind diesem in vielfältigen Varianten zugeordnet.
Da die Scharfenbergkupplung die Druckkräfte mittig zum Fahrzeug überträgt und die klassische Schraubenkupplung diese Druckkräfte über die seitlichen Puffer überträgt, werden auch Prellböcke für Schraubenkupplungsfahrzeuge und Scharfenbergkupplungsfahrzeuge unterschiedlich aufgebaut. Es gibt aber auch Kombinationstypen, die mehrere Möglichkeiten zulassen. mini|Kombinations Bremsprellbock mit seitlichen Platten zur Druckaufnahme der seitlichen Puffer einer Schraubenkupplung und einer zusätzlichen mittleren Platte zur Druckaufnahme an einer Scharfenbergkupplung. Bf Dorsten Gleis 3 15Feb2025
Einstellungsverschluss
Im Bild ist schematisch ein Kupplungsensemble dargestellt.
Im Gehäuse des Kupplungskopfes ist ein Hauptbolzen befestigt, auf dem drehbar die Hakenscheibe (Herzstück) angeordnet ist (siehe Bild). Die Hakenscheibe trägt den Ösenbolzen, um den sich die Öse drehen kann. In der Hakenscheibe befindet sich das Hakenmaul (offenes Langloch). Die Mittelachse von dessen (zylindrischer) Rundungsfläche liegt um 180° versetzt auf dem gleichen Radius wie der Ösenbolzen (relativ zum Hauptbolzen). Dies ist zwingend erforderlich, da bei unterschiedlichen Radien von Ösenbolzen und Hakenmaul sich die durch die Ösen verbundenen Hakenscheiben gegenseitig blockieren würden und keine Bewegung möglich wäre (fertigungstechnisch bedingte kleine Unterschiede werden durch entsprechendes Spiel der gepaarten Teile ausgeglichen). Der Bewegung des Ösenbolzens einer Hakenscheibe um einen Winkel α muss die gleiche Winkelbewegung der anderen Hakenscheibe gegenüberstehen. Bei unterschiedlichen Radien ist dies nicht der Fall (siehe Bild).
Eine Zugfeder zieht das Herzstück gegen eine Anschlagsfläche am Gehäuse (kuppelbereite Stellung). Der Ösenzylinder greift beim Kuppeln in das Hakenmaul der Gegenkupplung ein.
Die Öffnung im Kegel des Gehäuses ist mit Begrenzungsflächen versehen, innerhalb des dadurch bestimmten Bereiches sich die Öse bewegen kann (siehe Bild). Die Öse kann auch durch konstruktive Maßnahmen (z. B. Federkraft) ständig an einer Begrenzungsfläche anliegen.