Kupplung (Bahn)

Rangierkupplung

Eine Rangierkupplung ist eine spezielle automatische Kupplung, die üblicherweise an Rangierlokomotiven angebracht ist und vom Lokrangierführer gesteuert werden kann. Speziell bei den herkömmlichen Schraubenkupplungen ist kein manueller Kupplungsvorgang nötig, da die Rangierkupplung den Zughaken automatisch greifen und wieder loslassen kann. Zur schnelleren Abwicklung wird im Rangierbetrieb, wenn es das Bremsvermögen der Lokomotive, die zu bewegenden Massen und die Neigungsverhältnisse zulassen, auf die Verbindung der Hauptluftleitungskupplungen verzichtet; die Rangierkupplung ermöglicht keine selbsttätige Verbindung der Brems- oder elektrischer Verbindungen.

Im entfernteren Sinn gehören auch die Kuppelstangen zwischen Zweiwegefahrzeugen im Rangierbetrieb und Eisenbahnwagen zu den Rangierkupplungen.

Die Kellersche Kupplung war eine Kupplung für Schiebelokomotiven, die seit der Zeit um 1900 in Gebrauch war. Sie wurde bei Schiebelokomotiven eingesetzt, die den nachzuschiebenden Zug während der Fahrt verließen und trotzdem mit ihm gekuppelt waren. Die Kellersche Kupplung wurde während der Fahrt vom Führerstand der Schiebelokomotive aus mittels eines Entriegelungsseils gelöst.

In einzelnen Fällen setzt man auch Kurzkupplungen ein, um die Verlustlängen durch Standard-Kupplungen zu minimieren.

Trompetenkupplung

Bei Schmalspurfahrzeugen und Straßenbahnen werden handbetätigte Mittelpufferkupplungen sehr häufig eingesetzt. Bei diesen wird entweder ein zentrales Verbindungsstück in beide Kupplungsaufnahmen eingefügt und jeweils mit Bolzen festgesteckt (Trompetenkupplung oder Trichterkupplung) oder die einander gegenüberstehenden Kupplungsaufnahmen haben spiegelbildliche Anordnungen von seitlich sich ineinander einfügenden Durchstecköffnungen, die ebenfalls mit Bolzen gesichert werden (Albertkupplung). Ein alternativer Oberbegriff ist Bolzenkupplung. Solche Kupplungen sind fahrzeugseitig mit Federdämpfungselementen verbunden, die baulich von den reinen Puffern abgeleitet sind.

Beispiele für weitere handbetätigte Mittelpufferkupplungen:

• Balancierhebel- oder Ausgleichskupplung (weltweit verbreitet bei Schmalspurbahnen)
• Bosna-Kupplung (bei Schmalspurbahnen in Österreich, Ungarn und auf dem Balkan)
• Mittelpufferkupplung mit zentralem Kupplungshaken

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  Albert­kupp­lung
• 
  Albert­kupp­lung, ge­kup­pelt
• 
  Mittel­puf­fer­kupp­lung mit Über­tra­gung der Zug­kraft durch Ket­ten (Ba­lan­cier­he­bel- oder Aus­gleichs­kupp­lung), Frank­fur­ter Feld­bahn­mu­seum, 2007
• 
  Trich­ter­kupp­lung der säch­si­schen Schmal­spur­bah­nen
• 
  Bosna­kupp­lung in ge­kup­pel­tem Zu­stand

Um den Arbeitsaufwand zum Kuppeln sowie auch die sich daraus ergebenden Unfallgefahren zu vermeiden, gab es schon Ende des 19. Jahrhunderts Bestrebungen, eine selbsttätige (automatische) kombinierte Puffer- und Kupplungseinrichtung einzuführen. In den USA wurde bereits 1893 landesweit die bis dahin eingesetzte manuelle Kupplung durch die Janney-Kupplung abgelöst. Auch in der Sowjetunion wurde ab 1932 auf Basis der ebenfalls in den USA entwickelten Bauart Willison ein ähnlicher Typ als Bauart SA3 eingeführt. Diese bietet im Vergleich mit der Janneykupplung den Vorteil, dass sie immer kuppelbereit ist und nicht erst manuell entriegelt werden muss. Sowohl die Bauarten SA3 als auch Janney sind in ihrer Ursprungsausführung unstarr, die Kuppelköpfe können sich in der Höhe gegenseitig verschieben. Ein selbsttätiges Kuppeln von Druckluft- und elektrischen Verbindungen ist damit nicht möglich. Insbesondere für Reisezug- und Triebwagen wurde die Bauart Janney mit seitlichen Starrmachungsorganen und einem zusätzlichen vertikalen Schwenkbereich zu einer starren Kupplung erweitert. Damit wurde es möglich, die Kupplung mit Leitungskupplungen zu ergänzen.

In den 1960er Jahren begann man mit den Entwicklungsarbeiten für eine UIC-Mittelpufferkupplung, um auch für die normalspurigen Bahnen in Europa ein solches Kupplungssystem zu schaffen. Die UIC-Kupplung sollte zwei Druckluft- sowie elektrische Leitungen mitkuppeln und adapterlos mit der Bauart SA3 kuppelbar sein. Im Ergebnis der umfangreichen und kostspieligen Entwicklungen war 1970 ein System einer ergänzten SA3-Kupplung (siehe AK69e) einsatz- und fertigungsbereit. Die Starrmachungsorgane, in die die Leitungskupplungen integriert sind, wurden unter dem Willisonprofil angeordnet. Die Einigung auf eine Umstellung gelang jedoch nicht, wobei auch das Erfordernis, den gesamten Fahrzeugpark zwecks Vermeidung des komplizierten Gemischtkuppelns innerhalb eines extrem kurzen Zeitraumes umzustellen, eine Rolle spielte. Die von Anfang an mitentwickelte Gemischtkupplung war seinerzeit nur für Rangierfahrten zugelassen. Zu viele Bahnen waren nicht in der Lage, die Umstellung zu finanzieren. Das Projekt wurde 1985 gestoppt, durch den bald darauf folgenden Fall des Eisernen Vorhangs und die folgende Neuverflechtung des gesamteuropäischen Schienenverkehrs wurde eine Einigung abermals hinausgeschoben. Die Mehrzahl der europäischen Eisenbahnbetriebe nutzt daher immer noch die Schraubenkupplung, obwohl sich die Gemischtkupplung inzwischen auch bei Zugfahrten in Finnland und ebenso bei Fahrten mit den Erzwagen jahrzehntelang bewährt hat. Für Sonderfälle wird dennoch die automatische Mittelpufferkupplung verwendet, so etwa für die schweren Erzzüge der DB von den Seehäfen zu den Stahlwerken und auf der Erzbahn Kiruna–Narvik, sowie Einheitswagen III der SBB.

Für das gesamteuropäische Regelspurnetz ist die C-AKv-Kupplung der derzeit letzte Stand der Entwicklung vor Einführung einer elektronischen Kupplung. Die Starrmachungsorgane liegen wie bei den starren Janneybauarten seitlich am Kuppelkopf, die Leitungskupplungen sind in das Willisonprofil integriert. Diese Kupplung erlaubt auch das Kuppeln mit SA3- und bisherigen UIC-Mittelpufferkupplungen sowie mit Schraubenkupplungen ohne lose Gemischtkupplung.

Die Kosten einer automatischen Kupplung wurden 2015 in einer Studie mit 5 000 bis 38 000 Euro je Wagen beziffert. Eine Schraubenkupplung kostet etwa 3 000 Euro.[2]

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  Auto­ma­ti­sche Kupp­lung AK69e an einer Erz­zug­lok der Reihe 151
• 
  Mittel­puf­fer­kupp­lung Bau­art Jan­ney
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  SA3-Kupp­lung, Drauf­sicht
• 
  C-AKv-­Mit­tel­puf­fer­kupp­lung

Zur Rationalisierung des Betriebs ist die Cargo-Branche bestrebt, die nur manuell kuppelbare Schraubenkupplung durch die Digitale Automatische Kupplung (DAK) zu ersetzen.[3] Mit der DAK werden Güterwagen mitsamt den Strom-, Daten- und Druckluftleitungen automatisch gekuppelt. Die DAK soll es erlauben, Wagen und Ladegut online nachzuverfolgen und die Bremsprobe ferngesteuert durchzuführen.[4] Sind die Güterwagen zusätzlich mit einer Elektropneumatischen Bremse ausgerüstet, können die Güterzüge in Bremsstellung P mit einer Geschwindigkeit von 100 km/h verkehren.[5] Im Jahr 2019 beauftragte das Bundesverkehrsministerium (BMVI) Deutschlands ein von der DB geführtes Konsortium mit der Erarbeitung eines Migrationskonzepts zur EU-weiten Einführung der DAK.[4]

Im Juni 2020 startete ein mit 13 Millionen Euro vom BMVI gefördertes „Pilotprojekt zur Demonstration, Erprobung und Zulassung der Digitalen Automatischen Kupplung (DAK) für den SGV“. Zur Durchführung des auf 30 Monate angelegten Projekts wurde das Konsortium DAC4EU (Digital Automatic Coupling for Europe) gebildet, zu dem außer der DB und ihrer Tochter DB Cargo, den schweizerischen und österreichischen Güterbahnen SBB Cargo und Rail Cargo Austria auch die Wagenhalter Ermewa, GATX Rail Europe und VTG gehören.[6] Zwölf Güterwagen wurden mit Kupplungs-Prototypen von vier verschiedenen Herstellern ausgerüstet.[7][8] Die Lösungen von Dellner und Voith sind auf 1000 kN Zug- und 1500 kN Druckkraft ausgelegt[4] und basieren auf dem Scharfenberg-Profil Typ 10, wie es im europäischen Personenverkehr verbreitet ist. Der Voith CargoFlex wird von SBB Cargo seit 2019 im Binnengüterverkehr verwendet. Die Lösung von CAF, die im europäischen Projekt FR8RAIL von 2016 bis 2019 entwickelt wurde, basiert auf der SA3-Kupplung.[5] Faiveley Transport (Wabtec) lieferte den Schwab-Kupplungskopf, der im Schweizer Regionalverkehr verbreitet ist.[9] Die vorgeschlagenen Kupplungsdesigns wurden in zwei Testprogrammen bewertet – DAC4EU für Kuppelversuche[10] und Trafikverket/Swedish Winter Tests für die Winterfestigkeit.[11] Im September 2021 legte sich das European DAC Delivery Programme (EDDP) beim Kupplungskopfdesign auf das Scharfenberg-Profil fest.[11]

Seit Herbst 2021 ist ein Güterzug mit DAK in Europa unterwegs und wird im realen Betrieb getestet. Die DAK hat ihre Serientauglichkeit noch nicht erreicht.[3] Zwei Prozent der Kupplungsvorgänge funktionieren nicht; es wird eine Zuverlässigkeit von 99,999 Prozent wie bei der Schraubenkupplung angestrebt.[12] Die Spannung von 110 Volt reicht für die Stromversorgung langer Güterzüge nicht aus und soll auf 230 oder 400 Volt erhöht werden. Für die Zugbildung am Ablaufberg sollte die DAK schon bei der Bergauffahrt gelöst werden können, ohne dass eine Wiederverriegelung eintritt.[3]

Die Umrüstungskosten eines einzelnen Güterwagens werden auf zirka 20 000 Euro geschätzt.[3] Sollten alle europäischen Normalspurgüterwagen und Güterzuglokomotiven – die BMVI-Studie rechnet mit 490 000 Güterwagen und 17 000 Triebfahrzeugen – umgerüstet werden, ist mit Kosten von rund 10 Milliarden Euro zu rechnen. Dem stehen geschätzt 760 Millionen Euro pro Jahr an finanziellem Nutzen gegenüber.[9] Bei einer Sicherstellung der Finanzierung soll 2025 mit der Einführungsphase begonnen werden und diese bis 2030 beendet werden.[3]

Durch die Automatisierung der Bremsprobe ergibt sich ein Zeitgewinn von 30 Minuten[13] und die Kapazität der Zugbildungsanlagen erhöht sich um 40 Prozent. Die durch die DAK ermöglichte elektronische Zugvollständigkeitskontrolle ist eine Grundvoraussetzung für die Einführung von ERTMS Level 3.[5] Sie gilt ebenfalls als Voraussetzung für anzeigegeführtes Rangieren in ETCS, in der Betriebsart Supervised Manoeuvre, womit ortsfeste Rangiersignale entfallen können.

Kritiker hegen Zweifel, ob sich die Kosten der Einführung der DAK durch die betrieblichen Einsparungen amortisieren lassen.[14] Unklar ist die zentrale Einleitung der Zug- und Druckkräfte der DAK in die Fahrzeugrahmen.[12] Nachdem in den 1980er Jahren die Einführung der UIC-Mittelpufferkupplung gescheitert war, gab man bei der konstruktiven Auslegung neuer Fahrzeuge die zentrale Einleitung der Kräfte in den Rahmen auf. Die noch entsprechend vorbereiteten Fahrzeuge stehen vor der Ausmusterung.[3] Ein hoher Aufwand wird zudem während der Umstellungszeit der Mischbetrieb der beiden nicht kompatiblen Kupplungsbauarten verursachen. Wagen mit digitalen automatischen Kupplungen und Wagen mit Schraubenkupplung müssen, wenn keine preisgünstigen und einfach zu bedienenden Übergangskupplungen wie die Gemischtkupplung für Kupplungen mit Willison-Profil zur Verfügung stehen, in den Zugbildungsbahnhöfen rangiertechnisch unabhängig voneinander behandelt und in den Zügen mit Kuppelwagen gemeinsam befördert werden.[14]

Moderne halbautomatische und automatische Mittelpufferkupplungen können neben dem selbsttätigen Kuppeln der mechanischen Verbindung meist auch die Verbindung der Bremsleitungen und elektrischen Steuerleitungen selbsttätig herstellen, seltener wird auch die Zugsammelschiene mitgekuppelt. Kupplungen, welche die Verbindungen beim Anfahren automatisch erstellen, aber von Hand getrennt werden müssen, heißen halbautomatische Kupplungen. Bei automatischen Kupplungen kann auch das Entkuppeln vom Lokführer ohne Verlassen des Führerstandes ferngesteuert vorgenommen werden. Durch den Einsatz von automatischen Kupplungen lassen sich Züge in Bahnhöfen einfach trennen und wieder vereinen, so dass der Zug entweder der notwendigen Kapazität angepasst werden kann oder verschiedene Ziele mit Flügelzügen bedient werden können. Die Scharfenbergkupplung Typ 10 wird insbesondere bei Triebwagen auch im Hochgeschwindigkeitsverkehr häufig eingesetzt, sie ist im Rahmen der TSI genormt.

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  Schar­fen­berg­kupp­lung an ei­nem Trieb­wa­gen der DB-­Bau­rei­he 612
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  +GF+-­Tram­kupp­lung (GFT)
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  +GF+-­Ne­ben­bahn­kupp­lung (GFN)
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  +GF+-­Vor­orts­bahn­kupp­lung (GFV)
• 
  BSI-­Kom­pakt­kupp­lung, hier bei ei­nem Wa­gen der Stra­ßen­bahn Bie­le­feld

In Deutschland fand bei der Deutschen Bahn AG nach 1996 mit der Aufteilung der Geschäftsfelder auch eine Aufteilung des Fahrzeugparks statt. In diesem Zusammenhang ergab sich für den Personenverkehr die Möglichkeit, mit der Modernisierung des Fahrzeugparks alle Triebzüge mit Scharfenbergkupplung zu beschaffen. Sie wird überwiegend bei Triebwagenzügen (z. B. S-Bahn, ICE) verwendet; ist jedoch nicht für schwere Güterzüge geeignet, da keine hohen Zugkräfte übertragen werden können. Zwischen zusammengekuppelten Triebwagenzügen ergeben sich teilweise auch deshalb geringere Zugkräfte, da manche einzelne Triebwageneinheiten über einen eigenen Antrieb verfügen. Oft sind jedoch unterschiedliche Baureihen nur eingeschränkt (nur Kuppeln der mechanischen und Luftkupplung möglich, Elektrokupplung lässt sich nicht kuppeln) oder gar nicht kuppelbar. (z. B. verschiedene Versionen des Alstom LINT; bei einem Kuppelvorgang würde die Elektrokupplung durch einen Stahlbügel beschädigt werden.)

Verschiedene Schmalspur- und Zahnradbahnen wie die Schmalspurbahnen in Sachsen verwenden einfache Formen der Scharfenbergkupplung (oft ohne elektrische Verbindungen) als generelle Kupplung für sämtliche Fahrzeugtypen, was auf Grund der geringeren Zuggewichte keine Probleme bietet.

In der Schweiz wird bei Schmalspur- und Trambahnen meist die halbautomatische vormals +GF+-Kupplung verwendet (Georg Fischer AG, Schaffhausen) heute Faiveley Transport Schwab AG, die 1914 anlässlich der Landesausstellung in Bern vorgestellt wurde.[15] Diese Kupplung gibt es in zwei Ausführungen, als Typ Tram (GFT) für Tram- und leichte Nebenbahnen und in schwererer und breiterer Nebenbahnausführung (GFN). Die sogenannten Trichterköpfe sind in ihrer Funktion gleich, jedoch aufgrund ihrer unterschiedlichen Breite nicht miteinander kuppelbar.

Eine völlig anders aufgebaute vollautomatische Kupplung vom gleichen Hersteller wird als Kupplungstyp Vorortsbahnen (GFV) geführt und wurde ab 1965 bei Triebzügen der SBB (RABDe 12/12, DPZ, DTZ) und verschiedener Meterspurbahnen (RhB, RBS, WSB, LEB, FART) sowie auch der Belgischen (AM80-83, AM86-89, 41 usw.) und Finnischen Staatsbahnen (Sm1 und Sm2) eingebaut.

Bei neuen Stadler-Triebzügen kommen meistens vollautomatische Schwab-Kupplungen (Schwab Verkehrstechnik AG, Schaffhausen) zum Einsatz, das Nachfolgeprodukt der GF-Kupplungen. Wie bereits bei den GF-Kupplungen existieren drei verschiedene Varianten für Vollbahnen (FK-15-10, neu FK-15-12), Metros/Nebenbahnen (FK-9-6) und Straßenbahnen (FK-5.5-4 und FK-3-2.5), die ebenfalls nicht untereinander und auch nicht mit irgendeinem anderen Kupplungstyp kuppelbar sind. Die ebenfalls von Schwab erhältliche Scharfenbergkupplung Typ 10 wurde bisher nur an exportierten Fahrzeugen eingebaut. Sämtliche Bauarten sind starre Mittelpufferkupplungen, die die Druckluftleitungen für die Zugbremse mitkuppeln und mit Kontaktaufsätzen für elektrische Verbindungen ausgerüstet werden können.