Schraubenkupplung
Die Schraubenkupplung, auch UIC-Kupplung oder UIC-Standard-Kupplung, ist die bei den meisten europäischen Eisenbahnfahrzeugen eingesetzte Kupplung. Im Gegensatz zu moderneren Kupplungen kann die Schraubenkupplung nur Zugkräfte übertragen und muss von Hand verbunden oder gelöst werden.
Beschreibung
Jeder mit Schraubenkupplungen ausgerüstete Wagen besitzt an jeder Fahrzeugstirnseite einen mittig im Bodenrahmen gefedert befestigten Zughaken, an dem mit einem Bolzen die Kuppelkette befestigt ist. Sie besteht aus zwei Laschen, die mit einem Bolzen links und rechts des Zughakens angeschlagen sind. Am anderen Ende ist die erste Mutter der Spindel gelenkig verbunden. An der Spindel, die mit einem fallweise umklappbaren Schwengel bewegt werden kann, ist mit einer weiteren Mutter der Kupplungsbügel angehängt. Alle Verbindungen lassen sich um Achsen quer zum Gleis drehen, der Kupplungsbügel auch um die Achse in Längsrichtung des Gleises. Mit dem Schwengel kann die Spindel gedreht werden, die auf der einen Seite Linksgewinde und auf der gegenüberliegenden Seite ein Rechtsgewinde aufweist, die als Rundgewinde ausgeführt sind. Durch Drehen der Spindel wird die Distanz zwischen den beiden Muttern verkürzt oder verlängert. Dieser Vorgang wird in der Eisenbahn-Fachsprache kurz- und langmachen genannt.
Weil die Schraubenkupplung nur Zugkräfte übertragen kann, müssen Fahrzeuge stets über Federpuffer verfügen, welche die Stoß- und Druckkräfte zwischen den Fahrzeugen aufnehmen können, wie sie beispielsweise beim Bremsen auftreten. Beim Kuppeln der Fahrzeuge wird in der Regel dafür gesorgt, dass die Puffer bereits beim stehenden Zug leicht eingedrückt sind. Die Lokomotive unterstützt den Vorgang des Kuppelns, indem sie währenddessen gegen den Zug drückt – in der Fachsprache aufdrücken genannt.
Eine richtig verbundene Schraubenkupplung ergibt eine spielfreie Verbindung zwischen den Fahrzeugen, die unter einer leichten Vorspannung steht. Wird die Schraubenkupplung nicht ausreichend kurzgemacht, kann dies bei Belastungswechseln zu heftigem Rucken führen. Durch zu großes Spiel kann es durch die schlagartige Belastung der Kupplung auch zum Bruch derselbigen kommen.
Die Schraubenkupplung darf maximal 36 kg wiegen.[1]
Kupplungsvorgang
Zum Verbinden zweier Fahrzeuge wird der Bügel der Kupplung eines Wagens in den Zughaken des Nachbarwagens eingehängt – die Kupplung des Nachbarwagens bleibt ungenutzt – und die Verbindung durch Drehen der Spindel mit Hilfe des Schwengels kurzgemacht, bis die Puffer leicht eingedrückt sind. Nach dem Kurzmachen bleiben auf beiden Seiten der Spindel jeweils höchstens zwei Gewindegänge zwischen Mutter und Gewindeansatz der Spindel frei.
Damit die Spindel gedreht werden kann, befindet sich an dieser mittig ein klappbarer Handgriff, der Schwengel. Wenn die gewünschte Verkürzung erreicht worden ist, wird der Schwengel in die Schwengelsicherung, einen kleinen Haken an der Mutter, welche die beiden Laschen verbindet, eingelegt. Die Schwengelsicherung verhindert, dass sich die Spindel im Betrieb drehen kann und dadurch die Kupplung gelöst wird. Bei belgischen und französischen Kuppelketten gibt es häufig keinen klappbaren Schwengel. Bei diesen ist das Ende kugelförmig verdickt, damit verhindert die Schwerkraft das ungewollte Langmachen.
Die 35 kg[2] schwere Kuppelkette wird bei Nichtgebrauch unter dem Zughaken nach hinten geklappt und mit dem Zugbügel in einen Haken am Untergestell des Fahrzeugs eingehängt. Damit wird verhindert, dass die Kuppelkette unter die Ebene der Schienenoberkante herunterhängt und im Betrieb gegen Gegenstände in der Gleismitte stößt und sie zerstört. Im Rangierdienst ist es auch üblich, die Kuppelkette von Rangierlokomotiven in den eigenen Zughaken einzuhängen. Bei Fahrzeugen, wo die Kuppelkette durch vergleichsweise kurze Puffer nicht unter die Schienenoberkante reichen kann, fehlt der Haken unter Umständen. Beispielsweise in Argentinien ist das vergleichsweise häufig der Fall.
Die nicht benutzten Teile dienen als Reserve und stellen sicher, dass auch nach dem Bruch einer Kupplung die Fahrzeuge noch gekuppelt werden können. Die Laschen sind dabei das schwächste Glied und als Sollbruchstelle vorgesehen. Fahrzeuge, die nur selten untereinander gekuppelt werden, wie zum Beispiel Triebwagen, verfügen manchmal nur über einen Zughaken. Sollten diese Fahrzeuge trotzdem untereinander gekuppelt werden, stehen Notkupplungen zur Verfügung, die aus der Spindel und zwei Zugbügeln bestehen.[3] Notkupplungen werden auch auf Rangierlokomotiven mit selbsttätigen Rangierkupplungen mitgeführt. Bei diesen steht das Auge der Zughaken nicht für das Aufnehmen einer Regelkuppelkette zur Verfügung.
Für das Kuppeln oder Entkuppeln muss ein Bahnbediensteter unter den Seitenpuffern hindurch zwischen die Fahrzeuge in Gleismitte steigen. Das Ankuppeln dauert mindestens eine Minute, da auch die Hauptluftleitung, bei Reisezugwagen außerdem die Hauptluftbehälterleitung, die Zugsammelschiene und zusätzliche elektrische Leitungen verbunden werden müssen. Dieser Vorgang birgt aufgrund der beengten Platzverhältnisse Unfallgefahren und ist bei Schnee und Eis besonders gefährlich. Auch ist die Arbeit – zwischen den Puffern und mit der fettgeschmierten Kupplung – eine sehr schmutzige und gefährliche Angelegenheit. Beim Lokwechsel (z. B. in Kopfbahnhöfen) muss deshalb immer zusätzlich ein Rangierarbeiter zugegen sein oder der Lokführer muss sich erst umziehen. Um das Arbeiten zu ermöglichen, ist bei europäischen Eisenbahnfahrzeugen mit Schraubenkupplung zwischen den Fahrzeugen ein als „Berner Raum“ bezeichneter freier Mindestraum festgelegt. Das Hinein- und Hinausklettern zwischen den Fahrzeugen wird durch Handgriffe unter den Seitenpuffern erleichtert.
Bei Rangierlokomotiven setzt man zum Teil spezielle Vorrichtungen ein, um das Kuppeln zu vereinfachen. Es gibt sowohl Vorrichtungen, welche direkt in den Zughaken des anzukuppelnden Fahrzeuges eingreifen, aber auch solche, welche die Kupplung der Rangierlok anheben und in den Zughaken des anzukuppelnden Fahrzeuges legen.
Belastbarkeit
Standard-Schraubenkupplungen (System 1 MN gemäß DIN EN 15566:2016) müssen an neu in Betrieb gesetzten Fahrzeugen eine Bruchlast zwischen 850 kN[1][4] und 980 kN[4] aufweisen. Die übrigen Teile der Zugeinrichtung müssen eine höhere Bruchfestigkeit von mindestens 1000 kN aufweisen, damit die Kupplungsspindel oder die Kupplungslasche als Sollbruchstelle bei Überlastung in Längsrichtung dient.[4] Um eine ausreichende Sicherheit gegen Bruch zu gewährleisten, wird bei Grenzlastberechnungen eine niedrigere betriebliche Festigkeit der Schraubenkupplung angesetzt. Beim System 1 MW gemäß DIN EN 15566:2016 beträgt diese 450 kN. Lediglich bei verstärkten Schraubenkupplungen (System 1,2 MW gemäß DIN EN 15566:2016) sind 500 kN zulässig.[5] Daher sind Schraubenkupplungen nur bei geringer Streckensteigung mit maximal 4000 t Wagenzugmasse belastbar. Auf Gebirgsbahnen mit Steigungen von 26 Promillen sind 1400 t Anhängelast möglich.[6] Zuvor war eine Bruchlast von ungefähr 700 kN üblich, was im Betrieb eine Belastbarkeit mit etwa 550 kN Zugkraft ermöglichte.
Ein weiteres Verstärken der Kuppelketten ist wegen der körperlichen Belastbarkeit des Rangierpersonals nicht möglich. Bei schwereren Zügen müssen andere Kupplungen verwendet oder zusätzlich Zwischen- oder Schiebelokomotiven eingesetzt werden. Für die schweren Erzzüge zwischen den Nordseehäfen und den Stahlwerken Peine-Salzgitter wurden beispielsweise spezielle Wagen mit besonders belastbaren automatischen Kupplungen Bauart Unicupler beschafft und eine Anzahl von Lokomotiven der Baureihe 151 entsprechend umgerüstet. Die 151er wurden später durch die Baureihe 189 abgelöst.
Spezialbauarten
Für Triebwagen gibt es Schraubenkupplungen in deutlich leichterer Bauart. Sie sind mit üblichen Kupplungen kuppelbar, doch dürfen damit ausgerüstete Fahrzeuge in Regelzüge nur am Zugschluss eingestellt werden. Diese Kupplungen ermöglichen die Mitgabe von einzelnen Personen- oder Güterwagen und auch Überführungen. Beide Möglichkeiten wurden in der Vergangenheit genutzt. Besonders weite Verbreitung fanden diese leichten Kupplungen bei den Tschechoslowakischen Staatsbahnen. Bei ihren Nachfolgern sind noch zahlreiche damit ausgerüstete Trieb- und Beiwagen in Betrieb. Bei Triebwagenzügen, die nur untereinander gekuppelt werden, haben sich ansonsten automatische Mittelpufferkupplungen wie zum Beispiel Scharfenbergkupplungen durchgesetzt.
In Polen wurde eine halbautomatische Schraubenkupplung entwickelt. Sie erlaubt nun mit Hilfe einer Führung und zweier pneumatischer Aktoren den Kupplungsbügel aufzufangen, hochzuheben und auf den Zughaken einhängen zu lassen. Zwei Freiheitsgrade der Anlage ermöglichen die Kupplung zweier Schienenfahrzeuge auch in der Kurve. Zur Handhabung der halbautomatischen Schraubenkupplung benutzt der Lokführer bzw. der Rangierarbeiter Bedientasten, die meist an den Fahrzeugstirnseiten der Lokomotive angebracht sind.
Geschichte
Durchgehende Zugeinrichtung
Mit der Schraubenkupplung wurden ab 1840 die bis dahin verwendeten Kettenkupplungen ersetzt, die den gestiegenen Anhängelasten nicht mehr standhalten konnten. Die Zughaken wurden, nachdem in der Frühzeit der Eisenbahn durch zu hohe Zugkräfte wiederholt an vorderen Wagen im Zugverband Schäden an den Bodenrahmen aufgetreten waren, ab 1866 bei nahezu allen Wagen durch eine durchgehende Zugstange verbunden. Diese war etwa in Wagenmitte über Federn, zumeist Wickelfedern, mit dem Bodenrahmen verbunden. Damit gelang es, die tragenden Strukturen der Wagen weitgehend von den Zugkräften freizuhalten.
Wagenzüge aus Wagen mit durchgehender Zugeinrichtung sind in Längsrichtung unter Zugbelastung nahezu starr. Zusätzlich wiesen die als Achslager verwendeten Gleitlager einen spürbaren Losbrechwiderstand auf. Um insbesondere schwere Güterzüge überhaupt noch anfahren zu können, ließ man bei ihnen etwa jede vierte bis fünfte Kupplung lang. Damit war es möglich, die Wagengruppen eines Zuges nacheinander loszubrechen, allerdings unter Inkaufnahme einer erheblichen Geräuschkulisse. Bei Wagen mit Achsrollenlagern und geteilter Zugeinrichtung ist das nicht mehr erforderlich.
Geteilte Zugeinrichtung
Die durchgehende Zugeinrichtung wurde etwa ab Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts wieder aufgegeben. Mit dem Aufkommen von Drehgestellwagen kam man von der durchgehenden Zugeinrichtung wieder ab. Ihr Einbau bereitet Schwierigkeiten, da sie die Durchbildung der Drehpfannen für die Drehgestelle behindern würde. Neuere Fahrzeuge mit Bodenrahmen in Stahlschweißkonstruktion oder mit selbsttragenden Wagenkästen können die auftretenden Zug- und Druckkräfte schadlos übertragen.
Mit der Vorrüstung aller Wagen auf den Einbau von Mittelpufferkupplungen und der damit verbundenen Ertüchtigung auf das Einleiten von Druckkräften in der Fahrzeugmittelachse entfiel die durchgehende Zugeinrichtung bei Neufahrzeugen. Bei Wagen mit selbsttragenden Wagenkästen oder mit zwischen den Laufwerken abgesenktem Wagenboden ist der Einbau einer durchgehende Zugeinrichtung ebenfalls nicht möglich. Seit Mitte der 1960er Jahre sind geteilte Zugeinrichtungen auch bei Wagen unter Nutzung des genormten Einbauraumes für die automatische Mittelpufferkupplung Standard im europäischen Regelspurnetz. Die Zughaken sind dabei mit Federn in Längsrichtung elastisch am Bodenrahmen befestigt
Geplanter Ersatz durch Mittelpufferkupplungen
Um die Arbeit zu vereinfachen, hat es nach dem Zweiten Weltkrieg verschiedene Pläne gegeben, die Schraubenkupplung bei allen Fahrzeugen durch automatische Kupplungen zu ersetzen. Viele moderne Fahrzeuge, im Prinzip alle seit Mitte der 1960er Jahre gebaute, sind auf diese Umstellung konstruktiv vorbereitet. Auf Grund technischer und vor allem wirtschaftlicher Schwierigkeiten und weil man seinerzeit der Ansicht war, dass eine solche Umstellung in ganz Europa gleichzeitig stattfinden müsste, blieb jedoch alles beim Alten, und es ist auch nicht damit zu rechnen, dass die Schraubenkupplung mittelfristig tatsächlich durch ein anderes System abgelöst wird.
Die Gemischtkupplung, die auf einfache Weise ein Kuppeln zwischen Fahrzeugen mit Schrauben- und SA3- sowie UIC-Mittelpufferkupplung ermöglicht, war seinerzeit nur im Rangierdienst zugelassen. In Finnland wurde die Gemischtkupplung schon früh im Regelbetrieb verwendet, auch für das Kuppeln von Reisezügen. In der Zwischenzeit wurden mit den Bauarten Unilink und Transpact Mittelpufferkupplungen mit integrierter Kuppelkette entwickelt, die keine zusätzliche Gemischtkuppeleinrichtungen mehr erfordern.
Verbreitung
Bei den regelspurigen Eisenbahnen in Europa einschließlich Kleinasien und Nordafrika setzte sich mit der ursprünglich in Großbritannien und Norddeutschland verwendeten eine einheitliche Anordnung von Schraubenkupplung und Puffern durch, womit die Übergangsfähigkeit der Wagen gewährleistet wird. Das Regelmaß der Höhe der Zugeinrichtung und Puffermitte über Schienenoberkante („Pufferstand“) beträgt danach höchstens 1065 und mindestens 940 Millimeter, der Pufferabstand 1750 Millimeter. Wegen der geradlinigen Krafteinleitung in die weiter auseinanderliegenden Langträger insbesondere bei zweiachsigen Wagen für iberische und indische Breitspur wurde in den betroffenen Netzen ein größerer Pufferabstand von 1950 Millimetern eingeführt. Wagen, die für den Wechselverkehr zwischen dem Regel- und iberischem Breitspurnetz ausgelegt sind, wurden bis in die 1990er Jahre als Ausgleich mit breiteren Puffertellern ausgerüstet. Die französischen Corail-Wagen wurden praktisch vollständig mit diesen überbreiten Puffertellern versehen. In Spanien wurde das Regelmaß des Pufferabstandes vor der Jahrtausendwende an das europäische Regelmaß angepasst, jedoch sind noch vereinzelt Fahrzeuge mit dem alten Pufferabstand im Einsatz.
Bei Schmalspurbahnen etablierten sich dagegen unterschiedliche Anordnungen, so etwa mit Mittelpuffer und darunterliegender Schraubenkupplung (z. B. vielfach in Frankreich und bei der Montreux-Berner Oberland-Bahn), mit Mittelpuffer und beiderseitig daneben angebrachten Schraubenkupplungen (z. B. Rhätische Bahn, Rügensche Kleinbahn und Harzer Schmalspurbahn, sogenannte Balancierhebel- oder Ausgleichskupplung) sowie mit mittiger Schraubenkupplung und seitlichen Puffern, jedoch anderen Abständen und Höhen als bei der Regelspur (beispielsweise bei der tunesischen Gafsabahn und heute allgemein im tunesischen Meterspurnetz).
Kupplungsversagen
Zugtrennungen waren im 19. Jahrhundert vergleichsweise häufig, insbesondere durch schwankende Materialqualität. Relativ früh wurden daher die Einzelteile der Kupplung so ausgelegt, dass die Laschen der Kuppelkette das schwächste Glied sind, und damit eine Sollbruchstelle darstellen. Zusätzlich erhielten praktisch alle Wagen mit Schraubenkupplung einen am Zughakenbolzen befestigten Notzughaken, der in Grundstellung nach unten hing. In diesen wurde die jeweils ungenutzte Kuppelkette des Nachbarfahrzeuges eingehängt. Der Nachteil dieser Anordnung war eine deutlich umständlichere Handhabung. Mit der allgemeinen Einführung von durchgehenden und selbsttätig wirkenden Zugbremsen konnte auf die Notzughaken etwa ab den 1920er Jahren wieder verzichtet werden.
Nach einer Zugtrennung an der Sollbruchstelle können die Zugteile wieder verbunden werden, da jeder Wagen an jedem Wagenende über eine vollständige Kupplung (Zughaken und Kuppelkette) verfügt, wovon im Betrieb jeweils nur eine benötigt wird. Kuppelbare Verbindungen der Hauptluftleitung und der Hauptluftbehälterleitung sind zumindest bei Reisezugwagen doppelt vorhanden, so dass der Zug nach dem Wiederkuppeln die Fahrt fortsetzen kann, sofern keine weiteren Schäden aufgetreten sind.
Durch Bruch der Kupplung kommt es auch heute noch gelegentlich zu Zugtrennungen. Gefährlich ist eine Zugtrennung für Reisende, die sich gerade am betroffenen Wagenübergang aufhalten. Einige Beispiele sind Abschnitt im Häufigkeit und Beispiele im Artikel Zugtrennung zu finden.
Weblinks
Literatur
- Norm DIN EN 15566:2016-12 Bahnanwendungen – Schienenfahrzeuge – Zugeinrichtung und Schraubenkupplung
Einzelnachweise
- 2006/861/EG: Entscheidung der Kommission vom 28. Juli 2006 über die technische Spezifikation für die Interoperabilität (TSI) zum Teilsystem Fahrzeuge — Güterwagen des konventionellen transeuropäischen Bahnsystems (Bekannt gegeben unter Aktenzeichen K(2006) 3345) Dokument 02006D861-20090701-de.pdf Ziffer 4.2.2.1.2.2. (PDF)
- Kilian T. Elsasser: Die Einführung der automatischen Kupplung erfordert langfristige Planung. (PDF; 498 kB) Abgerufen am 10. März 2013.
- Bruno Lämmli: Kupplungen sind wichtig. In: lokifahrer.ch. Abgerufen am 10. März 2013.
- Norm DIN EN 15566:2016-12 Bahnanwendungen – Schienenfahrzeuge – Zugeinrichtung und Schraubenkupplung
- BMVI (Hrsg.): Erstellung eines Konzeptes für die EUweite Migration eines Digitalen Automatischen Kupplungssystems (DAK) für den Schienengüterverkehr; Schlussbericht. 29. Juni 2020, S. 44 (bmvi.de [PDF]).
- Die SBB Re 6/6 – in Vorbild und Modell. In: zettzeit.ch. 9. Dezember 2016, abgerufen am 15. August 2020.