Spřáhlo Scharfenberg

Hlavou spřáhla se označuje přední část spřáhla, která zprostředkovává mechanické, případně pneumatické a elektrické propojení vozidel. Na schématu je znázorněna modře.

Hlava obsahuje zpravidla tyto části: spojovací mechanismus, vzduchové propojení, svorkovnice a rozpojovací zařízení.

Spojovací mechanismus spojuje vozidla mechanicky. Tvar hlavy a naváděcí tyče slouží k přesnému ustavení spřáhel během najíždění připojovaného vozidla. Je možné i spojování v oblouku. V případě velkého vzájemného přesazení spřáhel je třeba najít vhodnější místo pro spojování anebo spřáhlo ručně natočit. Obě hlavy vzájemně lícují, takže vůle ve spojení jsou zanedbatelné.

Spojovací mechanismy rozeznáváme jednopolohové a dvoupolohové.

U jednopolohového mechanismu je pouze jedna stabilní pozice u spojeného i rozpojeného spřáhla. Při spojování se nejprve druhým spřáhlem stlačí spojovací táhlo; tím se zároveň natáčí srdcovka do spojovací pozice.

V okamžiku, kdy čep táhla zapadne do vybrání v srdcovce, pružiny vrátí srdcovky do výchozí polohy a spřáhla jsou spojena. Pružiny zajišťují spřáhla proti rozpojení. Vybrání v srdcovce a čep spojující ve spřáhle táhlo se srdcovkou jsou umístěny tak, aby srdcovka byla v rovnováze.

Při rozpojování jsou srdcovky proti odporu pružin natočeny tak, aby mohlo dojít k vyháknutí táhel. Přitom táhla zapadnou do vybrání v hlavách tak, aby nemohlo u dosud neoddálených spřáhel dojít k opětovnému spojení. Po oddálení spřáhel se srdcovky natočí zpět do výchozí pozice.

Spřáhla tohoto typu jsou použita v pražském metru.

• 
  Spřáhlo vozu typu Ečs
• 
  Připravené ke spojení
• 
  Spojené
• 
  Rozpojené

Oproti jednopolohovému mechanismu se zde rozlišuje spojená a rozpojená poloha.

V rozpojené poloze jsou srdcovky natočeny tak, že spojovací čep téměř nevyčuhuje z naváděcího kužele. V této poloze je mechanismus zajištěn západkovou tyčí, která vyčnívá na boku hlavy spřáhla. Při spojování zatlačí kužel druhého spřáhla na nárazník, dojde k vyvléknutí západkové tyče a pružiny natočí srdcovky do spojené pozice. Západkovou tyč lze na boku hlavy uvolnit i ručně.

Při rozpojování je přemožena síla pružin, srdcovky se natočí do rozpojené pozice a západková tyč je samočinně v této pozici zajistí.

Spřáhla tohoto typu jsou použita na vozidlech Českých drah (např. elektrické jednotky řady 451, 452, 471, 440 a 640 a nebo i na motorovém voze řady 835).

• 
  Spřáhlo el. vozu 452.022, původní provedení se svorkovnicí mechanicky ovládanou spojovacím mechanismem
• 
  Připraveno na spojení
• 
  Spojeno
• 
  Rozpojeno

Hlavní potrubí slouží k ovládání a napájení tlakové brzdy. Propojení se nachází v horní části čelní plochy hlavy spřáhla. V otvoru desky je zasazeno odpružené pouzdro (u starších spřáhel mosazné s bajonetovým závěrem a s gumovým těsněním), které lehce vyčnívá nad rovinu čelní plochy. Při spojení se pouzdra přitisknou k sobě, takže vzduch nemůže unikat.

Provedení ventilu HP pro dvoupolohový spojovací mechanismus:

Na hlavním potrubí je ventil, který je spojen s hlavním čepem. Při natočení srdcovky do spojené polohy se ventil uvolní a pružinou je stlačen dolu, čímž dojde k jeho otevření. Při rozpojení spřáhel se ventil opět uzavře. Při poruše spojovacího mechanismu a roztržení spřáhel nedojde k uzavření ventilu a následkem úniku vzduchu dojde k zaúčinkování brzd. Stejně tak v případě ručního rozpojení je potřeba zavřít ventil zvláštní pákou.

• 
  Hlavní potrubí zavřeno (Bolzen=čep)
• 
  Hlavní potrubí otevřeno

Napájecí potrubí má propojení na spodní straně čelní desky. Je opatřeno rozměrově stejným pouzdrem. Napájecí potrubí se uzavírá ventilem, jehož kuželka v podobě trubky vyčnívá z pouzdra. Při spojení spřáhel se kuželky vzájemně stlačí a otevřou tak průchod vzduchu.

Rozpojovací potrubí je umístěno těsně pod napájecím potrubím a propojuje rozpojovací válce spřáhel. Jelikož je zde tlak vzduchu pouze při rozpojování, tvoří jej pouze gumová hadička vystupující z čelní desky. U jednotek ř. 451 a 452 byly v 90. letech tyto propojky z důvodu poruchovosti (následek nadměrného opotřebení hlav spřáhel a vzájemných pohybů) odstraněny a při rozpojování je potřeba obsloužit spřáhla obou jednotek zvlášť. Při lehkém chodu však stačí obsloužit jen jeden rozpojovací ventil.

Moderní svorkovnice se zasouvacími kolíčky

Svorkovnice propojuje řídící a komunikační obvody (řízení, dveře, ovládání kompresoru, telefon, vlakový rozhlas, nově i datové komunikace a p.). U starších konstrukcí je umístěna nad spojovací hlavou a uložena prostřednictvím postranních ramen na čepech ve spodní části po stranách čelní desky. Její pohyb je mechanicky svázán se spojovacím mechanismem. U novějších konstrukcí je umístěna nad čelní deskou nebo po jejích stranách a pohybuje se po přímých vedeních poháněná pneumaticky.

V původním provedením na sebe doléhaly kontaktní kolíčky čelní plochou, novější provedení mají kontakty zasouvací v různých velikostech dle proudu. Používá se i optické propojení.

Uložení spřáhla tvoří jeho zadní část. Skládá se z pohlcovače nárazů (orig. Stoßsicherung), tažného a narážecího ústrojí a středícího zařízení.

Pohlcovač nárazů chrání vozidlo a cestující před účinky nárazu do rychlosti až 20 km/h. provedení může být destruktivní a nedestruktivní.

Deformační trubka

Deformační trubka se skládá ze dvou trubek, které by šly do sebe zasunout, nebýt drobného přesahu. Při nárazu se trubky deformují a do sebe zasunou, čímž pohltí energii nárazu. Poté musí být vyměněny.

Hydrostatická patrona

Hydrostatická patrona je nedestruktivní součást. Skládá se z válce naplněného pružnou kapalinou, nejčastěji silikonem a z pístu. Při nárazu je kapalina pístem stlačena, část energie pohltí a část se promění v teplo. Tlak vrátí píst zpět, přičemž se opět uvolňuje teplo. Zařízení se při tom nepoškodí a nemusí být měněno.

Plynokapalinová patrona

Plynokapalinová patrona pracuje jako hydrostatická patrona nedestruktivně. Patrona se skládá z plunžru naplněného dusíkem (Stickstoff), který se noří do válce (Zylinder) naplněného olejem (Öl). Při stlačení proudí malým otvorem (Öffnung) olej do plunžru. Uvnitř plunžru se nachází oddělovací píst, který brání mísení oleje a dusíku. Po odlehčení vytlačuje dusík olej z plunžru zpět do válce. Plynokapalinová patrona se zpravidla komnbinuje s prstencovou pružinou.

TwinStroke

TwinStroke je označení pro zařízení tlumící tažné i tlačné síly bez potřeby dalších funkčních součástí. Systém pístů přenáší tažné i tlačné síly na plynokapalinovém základě do několika plynových a olejových prostor, takže plní svoji funkci při různých druzích zatížení, včetně proměnlivých, a prakticky bez opotřebení. Kromě toho vychází cenově výhodněji, než dvě různé součásti.

Tažné a narážecí zařízení přenáší a tažné a tlačné síly vznikající při provozu a při spojování a zabraňuje rázům v soupravě. K těmto zařízením patří elastomerové klouby, prstencové pružiny a pryžové duté pružiny

Elastomerový pružný kloub

Elastomerový kloub se skládá ze základního bloku složeného ze tří desek - svislé, přišroubované na skříň vozidla, a dvou vodorovných - horní a spodní. Do vodorovných desek je upevněn čep kloubu (bez možnosti pohybu), vnější plášť kloubu je upevněn v oku tyče spřáhla. Prostor mezi čepem a pláštěm je vyplněn elastomerem, který svojí pružností umožňuje natočení podle svislé osy i další rotační i posuvné pohyby. Vůle mezi kovovými částmi základního bloku a oka spřáhla jsou dimenzovány tak, aby nemohlo dojít k přetížení elastomeru - v případě většího namáhání dojde k dosednutí kovových částí.

Elastomerový kloub je přišroubován ke spodku vozila. Pokud se použijí k upevnění střižné šrouby, dojde při nárazu k zasunutí spřáhla do vozidla, čímž se předejde dalším škodám.

Skládá se z menších a větších ocelových kroužků, které jsou do sebe zatlačovány. Pro případ větších sil je tato pružina kombinována s nárazníky.

Pryžové prstence

Pryžové prstence jsou poskládány na sobě z obou stran základní desky připevněné ke spodku vozidla. Za posledním prstencem se nachází kovový talíř odpovídajícího průměru, který roznáší síly a chrání tak prstence před poškozením. Otvorem v prstencích prochází tyč spřáhla, která je na konci opatřena závitem. Prstence se pomocí matice na tyči stáhnou a tím vznikne předepjaté uložení spřáhla přenášející síly v obou směrech.

Elastomerové pružné vedení je varianta pryžových prstenců. Pružící prvky jsou v tomto případě hranaté, takže nedochází k otáčení spřáhla v podélné ose.

Středící zařízení drží rozpojené spřáhlo v ose vozidla. Existují tři druhy středících zařízení - mechanické, pneumatické a elektrické. Mechanické je provedeno pomocí pružin a je se spřáhlem trvale spojeno. Elektrické a pneumatické je v činnosti pouze u rozpojených spřáhel.

Typ 10 je zdaleka nejrozšířenějším typem na "velké" železnici. Je schopen přenést podélné síly velikosti 1.000 kN v tahu, resp. 2.000 kN v tlaku. Roku 2002 byl vybrán jako standard pro vysokorychlostní vlaky a začleněn do TSI.

Typ 35 se hodí pro elektrická vozidla bez pneumatického propojení. Snese síly do 850 kN v tahu, resp. 1.300 kN v tlaku, což jej předurčuje k použití u vozidel městských a podzemních drah, které jsou provozovány odděleně od železnice.

Typ 330 má mnohostranné použití - především u metra a lehkých kolejových drah. V případě nedostatku místa je možné umístit svorkovnici i pod spojovací hlavu. Dodává se i jako skládací pro tramvaje - pokud není použité, je složené pod krytem. V případě potřeby se smočinně vysune do pracovní polohy. Přenosové síly jsou stejné, jako u předchozího typu.

Typ 430 je zvláště lehké provedení pro tramvaje a People-Movery. Také toto spřáhlo se dodává ve skládacím provedení. Podélné síly jsou omezeny na 300 kN.

Typ 140 je určen pro nákladní vozy a průmyslové dráhy. Vyznačuje se vysokou odolností - snese zatížení v tahu až 1.500 kN a v tlaku až 2.500 kN. Jeho využití je v oblasti drsných podmínek při přepravě uhlí, železné rudy, tekuté strusky a železa.

Tato spřáhla slouží k trvalému spojení vozidel v provozu. Spřáhla mají čelo v podobě trubky s přírubou, v jednom z nich je zasazen naváděcí trn. Po namáčknutí se přes příruby přetáhne dvojdílný šroubovací opasek s vybráním, do kterého příruby zapadnou. Po utažení šroubových spojů po stranách opasku jsou spřáhla spojena. Součástí spřáhel bývá i pneumatické propojení a svorkovnice, spřáhla mohou nést i součásti mezivozového přechodu.

Typ 55 je speciální spřáhlo pro samočinné spojení s tažným hákem železničního vozidla. Používá se u dvoucestných vozidel Unimog.

U tramvají se začalo používat spřáhlo Scharfenberg zpočátku nepříliš často. Teprve se zavedením velkoprostorových a kloubových vozů jeho obliba prudce vzrostla. V NDR vzniklo lehkou úpravou spřáhla Scharfenberg jednotné tramvajové spřáhlo. Na pohled zcela identické spřáhlo není v důsledku zesílení kuželové části s původním spřáhlem spojovatelné.

Pražské metro stejně jako ostatní evropská metra s vozy sovětského původu používá spřáhla odvozená z typu Scharfenberg.

Spřáhla Scharfenberg se používají obvykle u elektrických a motorových jednotek, u souprav S-Bahnu a u vysokorychlostních vlaků. U ČSD/ČD používaly a používají spřáhla Scharfenberg nejprve motorové jednotky německého původu, které se k ČSD dostaly po druhé světové válce - např. motorové jednotky typu Hamburg nebo Köln. Další vozidla, u kterých byla použita spřáhla Schaku, byly motorové jednotky maďarského původu ř. M 298.0 a elektrické jednotky řad EM 475.0, 1 a 2. Poté nastal u ČSD odklon od používání samočinných spřáhel. Dalšími vozidly se samočinnými spřáhly se staly ř. 680 pendolino a příměstské jednotky ř. 471. V obou případech byla zvolena spřáhla Dellner, u pendolina v menším provedení a v zasouvací verzi. Pouze asi tři jednotky od čísla 471.038 mají zkušebně instalována spřáhla firmy Scharfenberg.

Adaptér pro trychtýřové spřáhlo

Spřáhlo Scharfenberg bylo od 30. let postupně zaváděno na saských úzkorozchodných drahách o rozchodu 750 mm s cílem nahradit dosud používané trychtýřové spřáhlo. Pro zachování možnosti libovolného spojování vozidel byly použity adaptéry. Spřáhla na úzkokolejkách nemají vzduchové ani elektrické propojení.

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Scharfenbergkupplung na německé Wikipedii.

• 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

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

• Obrázky, zvuky či videa k tématu spřáhlo Scharfenberg na Wikimedia Commons
• Voith Turbo: Scharfenberg Kupplung. (11. Februar 2007) Online im Internet
• Patentschrift DE149727 vom 18. März 1904 Mittelpufferkupplung mit Öse und drehbarem Haken als Kupplungsglieder
• Patentschrift DE188845 vom 6. August 1907 Eisenbahn-Mittelpufferkupplung mit doppelt angeordneter Öse und drehbarem Haken
• Elektrokupplungen