náhled|Schematický náčrtek spřáhla Scharfenberg náhled|Spojené jednotky ICE 3 náhled|Spřáhlo jednotky LINT náhled|Spřáhlo Scharfenberg na úzkokolejné parní lokomotivě 99 1590 na Preßnitztalbahn v Jöhstadtu Samočinné spřáhlo Scharfenberg (krátce Schaku) patří do skupiny centrálních spřáhel. Umožňuje rychlé, jednoduché a především spolehlivé spojení a rozpojení vozidel. Spřáhlo sestrojil Karl Scharfenberg ve vagónce L. Steinfurt AG v Královci a v letech 1904 a 1907 na něj obdržel patenty (říšský patent 149727, přihlášen 6. května 1903 a říšský patent 188845, přihlášen 5. dubna 1906). Dnes je spřáhlo Scharfenberg rozšířené po celém světě u mnoha druhů vozidel – od tramvají až po vysokorychlostní jednotky – a u mnoha železničních společností. V roce 2002 byl typ 10 přijat jako standard pro vysokorychlostní jednotky a dnes je součástí technických specifikací pro interoperabilitu (TSI).2008/232/ES: Rozhodnutí komise ze dne 21. února 2008 o technické specifikaci pro interoperabilitu subsystému „Kolejová vozidla“ transevropského vysokorychlostního železničního systému Dostupné online.
Vývoj Roku 1873 vypsal Německý železniční svaz (Verein Deutscher Eisenbahnverwaltungen – VDEV) soutěž na lepší spřáhlo: „Kvůli velkému ohrožení zdraví a života železničních úředníků a dělníků, kteří přicházejí do styku se stávajícím způsobem spřahování, vypisuje VDEV soutěž s 1. cenou 3000 tolarů a 2. cenou 2000 tolarů za vynález zařízení, které umožní spřahování železničních vozů, které nevyžaduje vstupování pracovníků provádějících spřahování mezi vozy.“
V této soutěži se však neobjevilo žádné uspokojivé řešení, které by odpovídalo požadavkům VDEV. To přišlo teprve roku 1903, když Karl Scharfenberg přihlásil 6. května patent na „Centrální spřáhlo s táhlem a otočným hákem jako spojovacími články“. V té době se již patenty na samočinné spřáhlo počítaly na stovky.
Spřáhlo scharfenberg bylo poprvé použito na soukromé místní dráze Memel – Plicken (nyní Klaipėda a Plikiai, Litva), kde se dobře osvědčilo. O něco později projevily zájem Pruské státní dráhy a spřáhlo nasadily zkušebně na velkoprostorové nákladní vozy.
V roce 1921 byla vagónkou Steinfurt z Královce a firmou Busch z Budyšína založena firma Scharfenberg-Kupplung AG se sídlem v Berlíně. Bylo dojednáno, že těžká spřáhla pro vlaky budou produkována v Královci a ostatní, například pro nákladní automobily, v Budyšíně. Ve spolupráci s elektrotechnickými firmami, mj. Siemens a Brown Boveri, bylo vyvinuto spřáhlo s elektrickým a vzduchovým propojením. Do té doby se vzduchová potrubí a propojovací kabely spojovaly ručně.
Také berlínské příměstské dráhy (předchůdkyně berlínského S-Bahnu) nebyly spokojeny s dosud používaným spřáhlem Willison (později rozšířeným v Sovětském Svazu jako typ SA-3) a rozhodly se jej nahradit spřáhlem Scharfenberg. V roce 1928 zavedl toto spřáhlo i berlínský U-Bahn a o něco později i metro v Buenos Aires. Prvními vlaky Deutschen Reichsbahn vybavenými spřáhly Schaku byly roku 1935 rychlé motorové jednotky typu Hamburg a parní rychlovlak Henschel-Wegmann.
Po válce přesídlila firma Scharfenberg AG do Salzgitteru. Po několika změnách majitelů v 90. letech se roku 1998 stala součástí koncernu Voith a nyní (2009) vystupuje pod jménem Voith Turbo Scharfenberg GmbH & Co. KG.
Počet spřáhel v provozu stále stoupá. Zatímco v roce 1935 to bylo v Evropě 20 000 spřáhel, v roce 2004 již přes 250 000.
Ačkoliv princip spřahování zůstává stejný, existují různé varianty lišící se zejména velikostí v závislosti na jejich použití. Zatímco typ 10 se stal roku 2002 standardem pro vysokorychlostní vlaky a vše směřuje ke standardizaci i pro standardní vlaky, vozidla podzemních drah a tramvaje používají menší a lehčí varianty spřáhel. Různé varianty nejsou vzájemně spojovatelné.
Princip funkce Spojení spřáhel je naprosto pevné, bez vzájemných pohybů ve svislém směru, což přispívá ke klidnému chodu vlakové soupravy. Spřáhla přenášejí tažné i tlačné síly. Uložení spřáhel umožňuje nejen výkyv do stran, ale i ve svislém směru pro vyrovnání nestejné výšky spřáhel a svislých pohybů vozidel během jízdy. Nespojené spřáhlo je pružnými prvky drženo v ose vozidla. V podélném směru je spřáhlo odpružené, u novějších variant zpravidla s tlumičem. Toto odpružení pohlcuje energii vozidel při spojování.
Při spojování vozidel mohou být spřáhla vzájemně přesazena – uvádí se až 370 mm vodorovně a 140 mm svisle. Rychlost spojování není stanovena jednotně, obecně se uvádí rychlost pomalé chůze – do 2 km/h, v praxi se najíždí raději pomaleji. Ke hrubému srovnání spřáhel slouží naváděcí tyče ve spodní části. K jemnému navedení kuželová část kolem táhla, která se zasune do otvoru druhého spřáhla. Čelo kuželové části přitom stlačí nárazník (název součásti uvnitř spřáhla) a dojde k odjištění táhla srdcovky. Čep na konci spojovacího táhla je v tomto okamžiku ve vybrání otočné části – srdcovky a pružina otočí srdcovku se zaklesnutým táhlem do spojené polohy.
Rozpojování se děje pneumaticky, elektricky nebo ručně. Srdcovka se přetočí do rozpojené polohy, zajistí a vozidla mohou od sebe odjet.
Celé spřáhlo váží kolem jedné tuny. Maximální podélné síly, které spřáhlo bez poškození přenese, jsou kolem 1500 kN, nejvíce jsou spřáhla zatížená při spojování vozidel, při jízdě vlaku jsou síly, zvláště u ucelených jednotek, kde se Schaku používají nejvíce, mnohem nižší.
Spřáhlo je nutné v provozu chránit především před sněhem a námrazou. K tomu sloužily dříve ochranné návleky nebo přenosné kryty, dnes bývají spřáhla chráněna pohyblivými kryty na čele vozidla a novější spřáhla mají elektrické vyhřívání.
Stavba a funkce Spřáhlo Scharfenberg je modularní koncepce, takže je možné jej přizpůsobit konkrétním podmínkám použití. Skládá se ze dvou základních částí – spojovací hlavy a uložení.
Hlava spřáhla 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.
Hlava se spojovacím mechanismem 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.
Jednopolohový mechanismus 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.
Dvoupolohový mechanismus
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).
Vzduchové propojení Hlavní potrubí 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.
Napájecí potrubí 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 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.
Svorkovnice náhled|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 Uložení spřáhla tvoří jeho zadní část. Skládá se z pohlcovače nárazů (orig. Stoßsicherung), tažného a narážecího ústrojí a středícího zařízení.
Pohlcovač nárazů Pohlcovač nárazů chrání vozidlo a cestující před účinky nárazu do rychlosti až 20 km/h. provedení může být destruktivní a nedestruktivní.
Deformační trubka náhled|upright=0.5|vpravo|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 náhled|upright=0.5|vpravo| 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 náhled|upright=1.2|vpravo|Plynokapalinová patrona