Wenn wir unter einem Überdruck stehende Luft nutzen wollen, müssen wir sie erzeugen. Wir haben gesehen, wie man Luft auf natürliche Weise unter einen Überdruck bringen kann. Nur ist der Überdruck auf diese Art nur gering und wie wollen wir die Druckluft auf 4‘000 Meter nutzen, wenn wir sie auf 400 Meter benötigen. Daher müssen wir uns einen Weg einfallen lassen, der die Druckluft künstlich erzeugt.

Wir können Druckluft manuell herstellen und benötigen dazu nicht einmal Hilfsmittel. Das machten Sie vermutlich auch schon. Beim letzten Geburtstagsfest haben Sie doch den Raum mit Luftballons geschmückt. Diese haben Sie aufgeblasen, damit sie grösser und prall wurden. Die Luft im Ballon steht dabei unter einem Überdruck und spannt so den Luftballon. Wir haben Druckluft manuell nur mit Hilfe unserer Lungen erzeugt. Sie sehen, wir benötigten nicht einmal ein Hilfsmittel.

Damit haben wir jedoch das Prinzip der Erzeugung von Druckluft bereits angewendet. Druckluft erzeugt man, indem man Luft in einen geschlossenen Behälter bläst. Beim Luftballon waren Sie das, denn wenn Sie den Luftballon losgelassen hätten, wäre er im Raum herum geflogen und letztlich mit dem normalen Luftdruck am Boden gelegen. So lange Sie aber den Luftballon zuhalten, bleibt die Druckluft darin erhalten.

Mit technischen Hilfsmitteln können wir auch arbeiten. Vermutlich haben Sie schon mal einen Reifen eines Fahrrades aufpumpen müssen. Sie haben dazu die Pumpe genommen, die am Fahrrad befestigt war. Mit kräftigen Stössen haben Sie dann den Reifen mit Luft gefüllt. So entstand darin Druckluft. Sie sehen aber, wir können Druckluft gar nicht herstellen, sie entsteht, wenn Luft in den Reifen gepumpt wird. Genau hier beginnen wir nun mit unserer Erzeugung von Druckluft.

Bei Lokomotiven bevorzugen wir eine technische Lösung. Nur nicht jede Lokomotive erzeugt die Druckluft auf die gleiche Weise. Deshalb müssen wir zwischen der dampfbetriebenen und der motorischen Drucklufterzeugung unterscheiden. Beginnen werde ich mit der Drucklufterzeugung bei der Dampflokomotive, das weil sie bereits so alt ist, dass es die elektrische Erzeugung damals gar noch nicht gab. Schliesslich wurde Druckluft nicht nur auf Lokomotiven benötigt, sondern in den Fabriken oder in den Schmieden, wo man die Lokomotive baute.

Bei jeder Erzeugung von Druckluft ist die Zeit, bis diese erzeugt wurde ein wichtiger Punkt. Die Menge Luft, die in einer definierten Zeit in einen Behälter verbracht wird, nennt man Schöpfleistung. Je höher diese ist, desto schneller kann die Druckluft erzeugt werden. Angegeben wird die Schöpfleistung mit Litern in der Minute. So ist ein Wert vorhanden, der verglichen werden kann und nicht immer ist eine grosse Schöpfleistung erforderlich.

Sie denken sich sicherlich, dass eine Dampflokomotive keine Druckluft braucht. Schliesslich gibt es auf der Lokomotive Dampf der unter Druck steht und so für die Bewegung sorgt. Wenn wir die ältesten Maschinen ansehen, haben Sie vermutlich noch Recht, aber bei moderneren Dampflokomotiven bin ich mir nicht so sicher? Was ist aber mit den stationären Anlagen in den Bahnhöfen und in den Depots? Gab es früher wirklich keine Druckluft?

Ach so, da gab es elektrischen Strom. Nein, das bezweifle ich, denn Elektrizität konnte erst spät genutzt werden. Druckluft benötigte man aber, denn man musste die Rauchrohre der Kessel mit Druckluft ausblasen. Daher musste man im Depot Druckluft erzeugen können. Es musste somit Anlagen geben, die mit der Hilfe von Dampf, Druckluft machen konnten. Bleibt nur noch die Frage nach der Dampflokomotive. Benötigte die wirklich keine Druckluft?

Die Dampflokomotive musste Druckluft erzeugen, damit sie ihre Bremsen bedienen konnte. Auch für den Zug gab es Bremsen, die mit Druckluft betrieben wurden. Auf der Lokomotive selber geht es ohne Druckluft, denn alles was benötigt wurde, wurde mit Dampf erzeugt. Das galt selbstverständlich auch für die Druckluft. Dabei kam ein System zur Anwendung, dass Sie von Fahrrad her kennen sollten. Genau, ich meine die Luftpumpe.

Die Luftpumpe: Bei Dampflokomotiven benutzte man zur Erzeugung von Druckluft Luftpumpen. Damit schöpfte man Luft in einen Behälter, der diese dann aufnahm. So entstand Druckluft, die auf der Dampflokomotive ausschliesslich für die Bremsen benötigt wurde, denn Sie lagen schon richtig, funktioniert hatte der Rest tatsächlich ohne Druckluft. Doch nun zum Aufbau dieser Luftpumpe, die schon einen etwas besonderen Namen hat.

Die Luftpumpe bestand aus zwei Zylindern. Dabei wurde normalerweise der obere Zylinder mit Dampf angetrieben. Dieser Dampfzylinder funktionierte wie eine Dampfmaschine und hatte daher eine einfache Steuerung erhalten, die jedoch nicht geregelt werden konnte.

Durch diese Dampfmaschine wurde eine Kolbenstange in Bewegung versetzt. Unterschiede zur grossen Dampfmaschine des Antriebes gab es wirklich nur bei der Grösse.

Durch die Bewegung der gemeinsamen Kolbenstange wurde im zweiten Zylinder eine Bewegung erzeugt. Dieser zweite Zylinder funktioniere ebenfalls ähnlich, wie eine Dampfmaschine.

Nur wurde jetzt Luft in ein Rohr gepumpt. Durch die Luft, die von der Luftpumpe in das Rohr gepumpt wurde, entstand im Leitungssystem Druckluft. Wir haben damit eine einfache Luftpumpe erhalten. Die funktionierte sogar noch gleich, wie bei Ihrem Fahrrad.

Erfunden wurde die Luftpumpe lange Zeit vor den Dampfmaschinen.  Der am 30. November 1602 in Magdeburg geborene Otto von Guericke erfand die Luftpumpe 1649.

Von Guericke wurde berühmt durch seine Versuche mit den Halbkugeln, die luftleer nicht getrennt werden konnten. Um die Luft darin zu entfernten benötigte er eine Luftpumpe, die umgekehrt funktionierte. Otto von Guericke verstarb am 21. Mai 1686 in Hamburg.

Eine Vakuumpumpe, wie sie von Guericke bei seinen Experimenten benutzte, funktioniert genau gleich, wie eine Luftpumpe. Die Luftpumpe zieht Luft an und schöpft diese dann in einen Behälter.

Bei einer Vakuumpumpe bezieht die Luftpumpe die Luft aus einem geschlossenen Behälter und schöpft diese in die Umwelt. Das Prinzip ist daher absolut identisch, man musste einfach wissen, wo man den Behälter anschloss.

Die Druckluft wurde bei der Dampflokomotive einfach mit Dampf aus dem Kessel erzeugt. Musste die Druckluft im Leitungssystem ergänzt werden, öffnete das Personal ein Ventil zur Dampfentnahme. Daraufhin strömte der Dampf in die Dampfmaschine der Luftpumpe. In der Folge nahm die Luftpumpe die Arbeit auf und schöpfte Luft in das Leitungssystem. Mit einer solchen Luftpumpe konnte innerhalb einer Minute rund 1‘200 Liter Luft in das Leitungssystem gepumpt werden.

Der Dampf, der aus dem Kessel bezogen wurde, stand unter einem Druck von bis zu 12 bar. Das war für die Luftpumpe zu viel. Daher regulierte man den Druck in der Zuleitung mit Hilfe des Luftpumpenregulators. Dieser Luftpumpenregulator beschränkte den Druck des Dampfes in der Zuleitung auf den maximal erlaubten Enddruck der Luftpumpe. Dieser Enddruck der Luftpumpe war auf 8 bar beschränkt worden.

Die Steuerung der Luftpumpe liess den Dampf in den Dampfzylinder strömen. Die Dampfmaschine begann sich in der Folge zu bewegen. Dabei bewegte der Kolben den Luftkolben in der eigentlichen Luftpumpe. Diese sog Luft aus der Umgebung an und drückte danach die Luft in die Leitung zum Vorratsbehälter. Damit beim umsteuern keine Luft entweichen konnte, waren die beiden Kammern mit Rückschlagventilen versehen worden.

Dieser Vorgang dauerte so lange, bis im Luftsystem der Lokomotive der gleiche Druck erreicht war, wie der Dampf in der Luftpumpe hatte. Die Folge war, dass die Luftpumpe automatisch abstellte, weil die gleich hohen Drücke dafür sorgten, dass die Luftpumpe stehen blieb. Die Dampfzufuhr konnte in der Folge wieder abgestellt werden. Geschah das nicht, begann die Luftpumpe automatisch wieder Druckluft zu erzeugen, wenn der Druck in der Luftleitung sank.

Es gab auf Dampflokomotiven durchaus mehr als eine solche Luftpumpe. Mit zwei Luftpumpen konnte man mehr Druckluft in kurzer Zeit erzeugen. Die letzten Dampflokomotiven der SBB hatten doppelt wirkende Luftpumpen erhalten, die zwei herkömmliche Luftpumpen ersetzen konnten. Bei diesen doppelten Luftpumpen war einfach ein zweiter Zylinder zur Erzeugung von Druckluft vorhanden. Die Schöpfleistung konnte so auf 2‘000 Litern in der Minute gesteigert werden.

Sie sehen, die Luftpumpen der Dampflokomotiven waren durchaus leistungsfähig. Letztlich entspricht Ihre Pumpe beim Fahrrad genau dem Teil der Druckluft, denn es ist eine Luftpumpe. Deshalb gelten hier auch die gleichen Begriffe. Grosse Änderungen durchliefen die Luftpumpen im Lauf der Jahre nicht, denn die Erzeugung funktionierte mit den Luftpumpen sehr gut. Das zeigt nur schon den Einsatz, denn die 1649 erfundenen Luftpumpen werden heute noch verwendet. Das gilt sogar für die heute noch eingesetzten Dampflokomotiven.

Bei der Luftpumpe und der Dampflokomotive haben wir die Druckluft mit einer linearen Bewegung erzeugt. Bei Lokomotiven, die mit Motoren ausgerüstet wurden, konnte man diese lineare Bewegung nicht mehr nutzen, daher musste man die Druckluft motorisch herstellen. Hier kamen Geräte zur Anwendung, die mit einer rotierenden Bewegung Druckluft erzeugten. Dabei spielt es keine Rolle, ob diese rotierende Bewegung von einem Dieselmotor oder einem elektrischen Motor stammte.

Doch, wie erstelle ich aus einer drehenden Bewegung Druckluft. Eigentlich genau gleich, wie bei der Luftpumpe, denn ich benötige ein Gerät, das Luft in ein geschlossenes Leitungssystem pumpt. Das ist der ganze Trick dabei. Nur kommen jetzt Probleme auf mich zu, die ich bei der Luftpumpe nicht kannte. Denn das Teil, das bei der motorischen Version die Druckluft erzeugt, wird nicht überall gleich bezeichnet. Kommt hinzu, dass es sogar mehrere Lösungen gab. Daher zuerst einmal der Name.

Abgeleitet von der Luftpumpe bezeichnete man diese motorischen Verdichter Luftpresser. Der Begriff Luftpresser sagt eigentlich deutlich, was mit dem Gerät gemacht wird. Man presst Luft zusammen. Trotzdem konnte sich dieser Begriff ausserhalb von Deutschland nicht durchsetzen, weil man dort für das gleiche Bauteil einen anderen Begriff verwendete, der aus dem Bereich der Fremdsprachen kam.

Ausserhalb von Deutschland, wo man sich gerne an fremdsprachigen Begriffen bedient, nennt man den Luftpresser auch Kompressor. Der erster Wortteil beim Kompressor kam von komprimieren, was eigentlich nichts anderes als zusammenpressen bedeutet. Für uns reicht es, wenn wir wissen, dass ein Kompressor einem Luftpresser entspricht, auch wenn das in zwei Ländern, die angeblich die gleiche Sprache sprechen zu Problemen führen kann.

Da ich ausserhalb von Deutschland wohne und diese Seite auch ausserhalb von Deutschland schreibe, verwende ich den Kompressor. Die Leute in Deutschland werden es mir verzeihen und dann feststellen, dass wir doch nicht die gleiche Sprache sprechen. Doch nun wollen wir die Luft mit Hilfe eines Kompressors pressen. Sie müssen sich einfach merken, dass damit auch ein Luftpresser gemeint ist. Doch nun zu den beiden verwendeten Bauarten.

Der Kolbenkompressor: Nun, eigentlich könnte ich es hier kurz machen, denn beim Kolbenkompressor wendet man das gleiche Prinzip an, wie bei der Dampfmaschine. Dort nahm man für die Luft das, was man von der Dampfmaschine her kannte und schöpfte damit Luft in eine Leitung. Beim Kolbenkompressor macht man das mit dem Verbrennungsmotor. Sie haben richtig gelesen, man verwendet das Prinzip vom Verbrennungsmotor.

Mögen Sie sich dort noch an den ersten und zweiten Takt bei der Beschreibung des Dieselmotors erinnern? Nicht, dann erwähne ich das hier noch einmal mit einem einzigen Satz.

Beim zweiten Takt wird die Verbrennungsluft, die beim ersten Takt angezogen wurde, verdichtet. Ersetzen wir nun die Verbrennungsluft durch normale Luft und lassen den Treibstoff weg, haben wir das Funktionsprinzip eines Kolbenkompressors.

Im Gegensatz zum Prinzip des Dieselmotors arbeitet der Kolbenkompressor mit zwei Takten und mit Rückschlagventilen.

Durch die Bewegung der Kurbelwelle, wird der Kolben herunter gezogen. Das Einlassventil öffnet nun und das Auslassventil wird durch das Rückschlagventil geschlossen.

Es wird Luft angezogen und in den Zylinder geführt. Wird der Kolben wieder nach oben bewegt, wird die Luft durch das sich nun öffnende Auslassventil in die Leitung gepumpt.

Der Vorgang kann erneut beginnen. Damit benötigen wir nur zwei Takte. Kolbenkompressoren haben zur Erhöhung der Schöpfleistung mehrere Kammern, die nun Druckluft in die gemeinsame Leitung schöpfen. Dadurch kann die Schöpfleistung deutlich erhöht werden, so dass so ein Kompressor durchaus mehr Luft schöpfen kann, als eine doppelte Luftpumpe. Jedoch hat der Kolbenkompressor gegenüber der Luftpumpe einen Nachteil.

So lange sich die Kurbelwelle bewegt, schöpft der Kolbenkompressor Luft in das Leitungssystem und der Druck in der Leitung steigt an. Der Kolbenkompressor stellt jedoch nicht automatisch ab, wenn der zulässige Druck erreicht wurde. Das würde erst erfolgen, wenn der Motor die Kraft nicht mehr aufbringen kann, um dem Druck zu widerstehen. Das kann jedoch für die Leitungen zu hoch sein. So musste man einen Schutz einführen.

Mit einem Überdruckventil wird der maximale Druck in einem Leitungssystem eingestellt. Das Überdruckventil öffnet die Leitung, wenn der im Ventil eingestellte maximale Druck erreicht wird und verhindert so einen zu hohen Druck. Der Kompressor schöpft die Luft nun ins Freie. Überdruckventile arbeiten daher eigentlich gleich, wie die beim Kessel der Dampflokomotive verwendeten Sicherheitsventile.

Der Rotationskompressor: Bei den Rotationskompressoren gibt es zwei Lösungen. Bei den Bahnen in der Schweiz kam die mit mehreren Kammern arbeitende Lösung zur Anwendung. Gegenüber den Modellen mit einer Kammer konnte so eine etwas grössere Leistung erreicht werden. Die Modelle der Bahnen hatten zudem zwei Stufen erhalten. Die Luft wurde deshalb zweimal verdichtet. Daher sehen wir uns deren Arbeitsweise etwas genauer an.

Auch bei dieser Anlage wurde mit einem normalen Motor eine im Gerät verbaute Welle angetrieben. Dadurch ent-stand die drehende Bewegung, die diesem Kompressor letztlich seinen Namen gab.

Die Welle lief in den beiden Verdicherräumen jedoch nicht im Zentrum, sondern sie war seitlich verschoben montiert worden. Auf der Welle befand sich dann das eigentliche Verdichterrad.

Dieses war mit Membranen versehen worden, welche mit der Kraft von Federn gegen die Aussenwand der Kammer gedrückt wurden. Es entstanden so mehrere Kammern, die letztlich die erwünschte Verdichtung ausführten.

Drehte sich der Motor, wurde durch die Ansaugöffnung Luft in den Hohlraum zwischen den beiden Membranen ge-zogen. Durch die weitere Drehung verringerte sich jedoch wegen dem konzentrischen Einbau der Welle der Hohl-raum zwischen den Membranen.

Die Luft wurde daher regelrecht gepresst und damit der Luftdruck erhöht. Kur vor dem Abschluss der Drehung wurde diese Luft schliesslich in eine geschlossene Leitung entlassen und der zweiten Kammer zugeführt, wo eine ähnliche Verdichtung erfolgte.

Der Rotationskompressor verfügte über eine gute Leistung und er verursachte bei der Erzeugung der Druckluft keine grossen Vibrationen. Daher wurde er sehr lange bei Fahrzeugen verbaut, die auch von Reisenden benutzt wurden. Aber auch bei Lokomotiven wurde die Leistung dieser Modelle geschätzt. Zumindest so lange, bis andere Modelle eine höhere Leistung erzeugen konnten.

Wird verdichtete Luft in einen grösseren Raum entlassen, dann kann Sie sich ausbreiten und der Druck fällt in sich zusammen. Die dabei vorhandene Differenz ist der Druckabfall. Wichtig ist der Druckabfall, weil in dem Moment die Feuchtigkeit in der Luft kondensiert. Ein Effekt, der in der Natur auch zu beobachten ist. Wenn der Druck zusammenfällt und so ein Druckabfall vorhanden ist, entstehen Wolken.

Der Schraubenkompressor: Der Schraubenkompressor arbeitet mit zwei rotierenden Wellen und wird daher auch als Rotationsverdichter bezeichnet. Diese beiden Wellen greifen mit einer schraubenförmigen Verzahnung ineinander. Die Luft wird nun durch diese Verzahnung gegen das Luftleitungssystem geschöpft. Damit entsteht dort die gewünschte Druckluft. Damit der Schraubenkompressor funktioniert, müssen die beiden Wellen exakt gefertigt werden.

Durch die Rotation der beiden Wellen wird die Luft angezogen und zwischen den beiden Schrauben und dem Gehäuse gefangen. Die Luft folgt nun der schraubenförmigen Verzahnung und wird so gegen das Leitungssystem gepresst.

Es entsteht beim Schraubenkompressor im Gegensatz zum Kolbenkompressor oder zur Luftpumpe, ein steter Luftstrom. Die Druckluft wird daher pulsationsarm erzeugt, was für das Leitungssystem etwas schonender ist.

Die erste Idee zum Bau eines Schraubenkompressors entstand bereits 1878. Jedoch erlaubten die Fertigungsmethoden die Fertigung lange Jahre nicht. Erst 1955 gelang es dem schwedischen Ingenieur Alfred Lysholm einen Kompressor mit zwei axialen Wellen zu bauen.

Der erste Schraubenkompressor weltweit entstand daher erst im Jahre 1955 und somit viele Jahre nach Einführung der motorischen Komprimierung von Luft bei der Eisenbahn.

Die Vorteile des Schraubenkompressors gegenüber dem Kolbenkompressor sind das geringere Gewicht und die kleineren Abmessungen.

Zudem ist er ruhiger und daher gut für Lokomotiven geeignet. Durch die präzise Fertigung gelang es jedoch viele Jahre nicht, das schon lange bekannte Prinzip anzuwenden. Deshalb kamen die Schraubenkompressoren erst spät zur Eisenbahn, wo sie jedoch die älteren Kolbenkompressoren ablösten.

Schraubenkompressoren haben eine ausgezeichnete Schöpfleistung, auch wenn diese bei den bei der Eisenbahn verwendeten Modellen unter den Werten der Kolbenkompressoren liegt. Der Grund liegt bei der Abwägung zwischen Schöpfleistung und Gewicht. Trotzdem sind axiale Schraubenkompressoren sehr gut funktionierende Kompressoren, die einen Enddruck von bis zu 30 bar erreichen können. Daher ist auch hier ein Überdruckventil notwendig.

Vielleicht ist Ihnen aufgefallen, dass ich von einer motorischen Erzeugung der Druckluft gesprochen habe. Der Kurbelwelle beim Kolbenkompressor oder den Wellen beim Schraubenkompressor ist es egal, wie sie bewegt werden. Das kann mit einem elektrischen Motor oder mit der Antriebswelle des Dieselmotors erfolgen. Daher gibt es hier keine Unterschiede zwischen diesen beiden Antrieben, auch wenn ich nun zur elektrischen Lokomotive kommen muss.

Im Gegensatz zu den Dampflokomotiven oder den Diesellokomotiven kann eine elektrische Lokomotive nicht ohne Druckluft in Betrieb genommen werden. Das hängt in erster Linie von den verwendeten Steuerelementen und nicht von der Antriebsform ab. Grundsätzlich wäre es möglich, aber es wurde selten angewendet. So gibt es bei der elektrischen Lokomotive die Situation, dass die Druckluft manuell erzeugt werden muss.

Im Normalfall stellt es kein Problem dar, wenn wir keine Druckluft auf der Lokomotive haben. Die Dampflokomotive wartet einfach, bis der Druck hoch genug ist, dass die Luftpumpe gestartet werden kann. Auch die Diesellokomotive nimmt es da etwas lockerer. Wobei es hier durchaus Modelle gibt, wo die fehlende Druckluft ein Problem darstellen kann. Aber diese Diesellokomotiven sind selten im Einsatz. Die Mehrheit kommt auch ohne Druckluft in Schwung.

Elektrische Lokomotiven sind da weniger zuvorkommend. Normalerweise benötigen wir hier schon Druckluft um die Lokomotive in Betrieb nehmen zu können. Das geht aber nicht, weil wir keine Druckluft haben. Wir stehen somit vor einem Dilemma, das gelöst werden muss. Ohne Luft kein Strom, ohne Strom keine Luft. Die Lokomotive kann also unmöglich eingesetzt werden. Wir müssen daher irgendwie eine Lösung finden, um der Lokomotive die benötigte Druckluft zu geben.

Deshalb wäre es durchaus sinnvoll, auf einen elektrischen Antrieb des Kompressors zu verzichten. Nur, bei der elektrischen Lokomotive geht das nicht so einfach. Bauen wir einen Dieselmotor ein, nur für den Fall, dass wir die Lokomotive ohne Druckluft in Betrieb nehmen müssen? Sicher nicht, denn in den meisten Fällen benötigen wir den Dieselmotor nicht. Genau dann, wenn er eigentlich funktionieren sollte, streikt er und wir haben immer noch keine Druckluft.

Es gibt natürlich eine einfache Lösung, denn bei Lokomotiven, die mit einer Speiseleitung ausgerüstet sind, kann das Luftsystem durch diese Leitung versorgt und gefüllt werden. Wieso das geht, erfahren Sie später noch, denn hier wollen wir eine Lösung suchen, die wir benötigen, wenn es auch diese Speiseleitung nicht gibt, wie bekommt die Lokomotive dann ihre Druckluft? Das Problem ist so keineswegs gelöst, wir benötigen eine manuelle Lösung zur Erzeugung der Druckluft.

Die Handluftpumpe: Bei der Dampfmaschine haben wir gelernt, dass die Erzeugung von Druckluft mit Hilfe einer Luftpumpe schon sehr lange bekannt ist. Wir lernten auch, dass man diese Lösung auch bei den Pumpen beim Fahrrad kennt. Dort betätigen Sie diese Luftpumpe von Hand. So gesehen, ist es eine Handluftpumpe. Genauso eine Handluftpumpe, baut man auf der Lokomotive ein.

Die Handluftpumpe einer Lokomotive funktioniert dabei wie eine Fahrradpumpe. Das heisst mit einem Handgriff wird ein Kolben manuell bewegt, der dann die Luft ins Leitungssystem pumpt. So bekommen wir die benötigte Druckluft und können den Stromabnehmer der elektrischen Lokomotive heben und den Hauptschalter einschalten. Das Problem ist gelöst und wir können mit der weiteren Inbetriebsetzung der Lokomotive zufahren. Der Grund ist simpel, wir haben elektrischen Strom für den Kompressor.

Der Nachteil der Handluftpumpe ist, dass wir nur sehr geringe Drücke erzeugen können. Unsere Kraft reicht einfach nicht aus um die Pumpe bei grossem Gegendruck noch zu bewegen. Das kennen Sie sicherlich beim Fahrrad, wo es mit zunehmendem Druck im Reifen immer mühsamer wird.

Bei Lokomotiven ist das nicht anders. So kann eine solche Inbetriebsetzung zu einer schweisstreibenden Arbeit ausarten. Gerade dann, wenn noch die Sonne auf die Lokomotive scheint.

Die geringen Drücke der Handluftpumpe haben zudem einen weiteren Nachteil. Die Luft, die mit der Handluftpumpe in das Leitungssystem gedrückt wird, kann bei Dichtungen, die nicht ganz gut schliessen, entweichen.

Dann kommen wir mit der Handluftpumpe nie ans Ziel. Die Lokomotive kann daher nicht in Betrieb gesetzt werden. Die Arbeit verkommt zur Nutzlosigkeit. Aber, wenn Sie meinen, dass das alle Probleme sind, haben Sie sich geirrt, denn es kommt noch schlimmer.

Diese Handluftpumpe ist meistens im Maschinenraum montiert und dort an den Stellen, wo man die Druckluft benötigt. Jetzt gibt es aber Lokomotiven, bei denen im eingeschalteten Zustand ein Zugang zum Maschinenraum verboten ist.

Dann muss mit der Handluftpumpe und gewissen trickreichen Schritten dafür gesorgt werden, dass die Lokomotive eingeschaltet werden kann. Schliesslich gilt, ohne Strom gibt es keine Druckluft, mit Strom kein Zutritt. Daher macht es Sinn, wenn wir eine andere Lösung finden.

Der Hilfsluftkompressor: Auf einer Lokomotive gibt es aber Strom. Dieser stammt von den Batterien, die dafür sorgen, dass es im Maschinenraum Licht hat. Nun, diese Elektrizität könnte man doch Nutzen um einen Kompressor zu betreiben. Es muss ja kein grosser Kompressor sein, denn wir benötigen ja nur Druckluft, um die Lokomotive in Betrieb nehmen zu können. So entstanden die Hilfsluftkompressoren.

Mit einem Hilfsluftkompressor erzeugen wir die zur Inbetriebnahme notwendige Druckluft mit Hilfe der Batterien. Dieser Kompressor pumpt dann die benötigte Druckluft in das Leitungssystem der Lokomotive. So bekommen wir auf einfache Weise die notwendige Druckluft und können die Lokomotive anschliessend ohne Probleme in Betrieb setzen. Die Handluftpumpe hat ihren Schrecken verloren und ist vergessen.

Der Hilfsluftkompressor ist ein kleiner Kompressor, der mit einem manuellen Schalter oder automatisch durch die Steuerung der Lokomotive gestartet wird. Er schöpft dann die benötigte Druckluft in das Leitungssystem und wir sind die Sorgen los. Dabei erzeugt dieser Kompressor nur so viel Luft, dass die Lokomotive eingeschaltet werden kann. Mehr vermag dieser auch nicht zu leisten, denn dazu ist er zu schwach. Aber man benötigt nicht viel um den Stromabnehmer zu heben.

Wird der Hilfsluftkompressor automatisch gestartet, bemerkt das der Lokführer zwar, aber er kann keinen Einfluss nehmen. Die Automatik schaltet den Kompressor ein, erzeugt die notwendige Luft und setzt die Lokomotive ganz normal in Betrieb. Jetzt übernimmt der Hauptkompressor und der Hilfsluftkompressor kann wieder ausgeschaltet werden. Die Druckluft im System wird ergänzt und wir können die Fahrt beginnen.

Jetzt kommen aber die ganz bösen Pessimisten zum Zug. Was macht der Lokführer, wenn er auch keine Spannung in der Fahrzeugbatterie hat? Ohne Batterie kein Hilfsluftkompressor, ohne Hilfsluftkompressor keine eingeschaltete Lokomotive und ohne eingeschaltete Lokomotive keine Batterieladung. Das Dilemma ist also noch nicht endgültig gelöst. Wir müssten also wieder zur Handluftpumpe zurückkehren, doch die gibt es nicht mehr, da sie entfernt wurde. Die Lokomotive ist verloren.

Depotstrom: Wenn wir mit der Lokomotive in einem grösseren Depot mit Werkstatt stehen, haben wir noch eine Chance. Dabei nehmen wir einen Teil der elektrischen Ausrüstung der Lokomotive in Betrieb. Ganz genau, werden die Hilfsbetriebe mit Depotstrom aktiviert. Der Kompressor und die Batterieladung setzen so ein und wir bekommen die gewünschte Druckluft im Leitungssystem. Die Fahrt ist gerettet, denn die Lokomotive ist so einsatzbereit.

Jedoch bildet der Depotstrom auch eine Gefahr, denn die Spannung konnte im Transformator hohe Spannungen erzeugen. Aus diesem Grund wurde auf den Lokomotiven ein Depotumschalter verbaut. Dieser manuell bediente Schalter trennte den versorgten Bereich von der Wicklung des Transformators und schaltete diese dem Depotstrom zu. Damit konnte die Druckluft ohne grosse Gefahren erzeugt werden.

Bei der Erzeugung von Druckluft mit Hilfe von Depotstrom, wird die Lokomotive mit einem Kabel an einer stationären Anlage angeschlossen. Dazu besitzt jede elektrische Lokomotive an der Seite spezielle Steckdosen. Dort kann das Kabel angeschlossen werden. Nach ein paar Schaltungen in der Lokomotive geht die Erzeugung von Druckluft mit dem normalen Kompressor. Keine Handarbeit und keine Probleme, die uns aufhalten.

Damit klappt die Inbetriebnahme ohne Schweiss und sogar ohne Batterien. Nur, wir stehen dann in einem Depot und das ist ein speziell dafür gestalteter Raum. Was ist aber, wenn die Lokomotive nicht in einem Depot steht, die Batterie zu schwach ist und wir die Lokomotive einschalten müssen. Nun die Druckluft können wir mit einer anderen Lokomotive und der Speiseleitung erzeugen. Ach, eine zweite Lokomotive fehlt auch noch.

Nun haben wir ein grosses Problem. Nur, das hängt nicht mehr an der Druckluft, denn ohne Batterie kann ich auch nicht das Ventil ansteuern, das die Leitung zum Stromabnehmer öffnet. Ich bringe die Lokomotive unmöglich in Betrieb. Die Lokomotive muss in der Folge stehen gelassen werden, denn ohne Batterie ist ausser bei der Dampflokomotive nichts mehr zu wollen. Die Lokomotive wird ins Depot geschleppt, wo sie dann mit Depotstrom aufgepäppelt wird.

Wir haben es trotz aller Widrigkeiten, mit Handluftpumpe, Hilfskompressor und Depotstrom geschafft und der Kompressor erzeugt die benötigte Druckluft. Nur, wir wissen ja noch nicht, was mit der Luft jetzt passiert. Ist das denn schon alles? Sicher nicht, deshalb gehen wir weiter. Dabei nehmen wir erneut einen Schritt aus der Diesellokomotive, denn auch hier wird die Luft vor dem Verbrauch, wie beim Dieselmotor, noch aufbereitet und so verbessert. Daher sehen wir uns die Aufbereitung der Druckluft genauer an.

Bisher haben wir Druckluft erzeugt. Was machen wir jedoch, wenn wir das Gegenteil benötigen? Bei der umgekehrten Druckluft wird der Wert in der Leitung unter jenen der Atemluft gebracht. Auch in diesem Fall kann nun eine Kraft aufgebracht werden, denn entscheidend ist die Differenz zur Aussenluft. In Fall der umgekehrten Druckluft wird die Kraft jedoch durch jene der Atemluft erzeugt und erst jetzt merken wir den Druck in dem wir leben.

Ein Unterdruck nennt man Vakuum. Viele Leute meinen auch dass der Gesprächspartner oft über ein Vakuum verfügt. Hoffen wir es nicht, denn wie grösser dieses Vakuum ist, desto grösser ist die Kraft und die ist hoch. Auf Meereshöhe beträgt der normale Luftdruck etwa 1013 hPA, was einem bar entspricht. Hier wird die Angabe Hektopascal verwendet. Das Gewicht der Luft auf einen Quadratmeter beträgt nun zehn Tonnen.

Das Vakuum wird gar nicht so selten angewendet, wie man meinen könnte. Es bietet neben der Kraft, die ausgeübt werden kann, noch einen weiteren Vorteil, denn in einem Vakuum gibt es keine Luft und damit keine Feuchtigkeit. Das führt dazu, dass ein sehr guter elektrischer Isolator entstand. Es können keine Atome angeregt werden, wenn sie nicht vorhanden sind. So werden Lichtbogen auf einfache weise verhindert.

Uns interessiert eher, wie dieses Vakuum entsteht. Natürlich kann das mit einer Veränderung des Luftdruckes erfolgen. Ein Barometer erfasst diese und gibt uns den erhofften Hinweis, zum Wetter. Dabei reagiert die Nadel nur anders, weil ein Metall verbogen wird, das einen abweichen Luftdruck enthält. Bei einem Hochdruckgebiet ist daher ein Vakuum vorhanden, den der Luftdruck ist höher als normal. Bei einem Tief ist es umgekehrt.

Um dieses Vakuum auf einer Lokomotive zu erzeugen, müssen technische Lösungen gesucht werden. Je besser die Luft aus einer geschlossenen Leitung gezogen werden kann, desto besser arbeitet der normale Luftdruck. Genutzt wird diese bei der elektrischen Ausrüstung und für die entsprechend aufgebauten Bremsen. Alle diese Baugruppen benötigen ein gutes Vakuum und daher werden wir uns nun dessen Erzeugung ansehen.

Zur Erzeugung eines Vakuums wurden zu Beginn Ejektoren verbaut. Diese haben wir bereits kennen gelernt, denn diese Strahlpumpe wurde schon bei der Dampferzeugung benutzt. Da dort jedoch eine Flüssigkeit angezogen wurde, nannte man diese Bauteile Injektor und der Druck wurde ausgeglichen. Das Prinzip des Ejektors, oder eben der Strahlpumpe funktioniert auf ähnliche Weise und daher müssen wir uns das Prinzip ansehen.

Durch den Druckabfall des Dampfes wird im Ejektor, wie im Injektor ein Unterdruck erzeugt. Dieser muss nun ausgeglichen werden. Bei der Strahlpumpe wird dazu an der Stelle von Wasser Luft benutzt. Diese wird dabei regelrecht aus der Leitung gerissen. In dieser entsteht in der Folge das gewünschte Vakuum. Das Prinzip ist also gleich, nur wird nun der Unterdruck noch verstärkt, was letztlich alle Luft aus der Leitung entfernt.

Wie beim Injektor, wo die Speisewasserpumpen eingeführt wurden, kam es beim Vakuum zu entsprechenden Pumpen. Diese Vakuumpumpen arbeiten ebenfalls nach der bekannten Lösung, denn sie entziehen der Leitung die Luft, so dass dort der erhoffte Unterdruck entsteht. Sie sehen, die Erzeugung eines Vakuums arbeitet auf die gleiche Weise, wie Wasser in einen unter Druck stehenden Behälter gebracht wird.