Der Name ist schon etwas speziell. Diese Hilfsbetriebe sind Bereiche auf einer Lokomotive, die der dort verbauten Technik dienlich sind. Sie helfen den stark belasteten Bauteilen, indem diese Bereiche die Kühlung sicherstellen. Es sind somit Betriebe, die helfend arbeiten und das an mehreren Stellen. Mit der Traktion selber haben diese Bereiche nun wirklich nichts mehr am Hut. Hilfsbetriebe wollen helfen und das können sie.

Daher ist der Name schon richtig und wir arbeiten mit Hilfsbetrieben. Am besten er-kläre ich die Aufgabe der Hilfsbetriebe an einem Beispiel.

Dazu wähle ich einen Verbraucher, den ich dazu extra nach vorne genommen habe. Zudem hat er auch mit der elektri-schen Lokomotive nicht so viel zu tun.

Jedoch wurde der Bereich nötig, weil etwas fehlte, das auf den Dampflokomoti-ven in ausreichendem Masse vorhanden war.

Die Ölwärmeplatte war das sonderbarste Bauteil auf früheren elektrischen Lokomo-tiven.

Die Ölwärmeplatte war ein Relikt, das noch aus der Dampfzeit her rührte und sich so auch in der elektrischen Lokomotive nützlich machte. Das Personal hatte bei den Dampfmaschinen die Kannen mit dem Schmiermittel nahe beim Kessel abgestellt, dadurch konnte das Öl besser dosiert werden, wenn geschmiert wurde.

Das entfiel bei den elektrischen Lokomotiven, denn diese hatten keine heisse Feuerbüchse mehr. Daher baute man die Ölwärmeplatte ein. Sie können diese mit den normalen Kochplatten in der Küche vergleichen. Dazu müssen Sie aber noch über ein sehr altes Gerät verfügen. Die Platten beim Öl dienten den Kannen, die leicht erwärmt wurden und so das Schmiermittel auf einem idealen Wert für die Verarbeitung hielt.

Sofern Sie sich nun vorstellen, dass diese auch zum erwärmen des Teewassers genutzt wurde, muss ich Sie enttäuschen. Nicht dass das Lokomotivpersonal keinen Tee trinken würde, die Leistung der Ölwärmeplatte reichte nicht aus, um das Wasser so stark zu erhitzen. Man wollte das Öl erwärmen und nicht zum kochen bringen, denn das erfolgte in den Lagern. Sie sehen selbst banale Bereiche werden von den Hilfsbetrieben versorgt.

Auch Hilfsbetriebe benötigen Energie um die Arbeit zu verrichten. Dazu wurde bei den älteren Baureihen im Transformator eine Anzapfung vorgesehen. Bahnen mit Gleichstrom mussten die Spannung aus der Fahrleitung nutzen. Diese konnte nicht angepasst werden und genau das machte man bei den Hilfsbetrieben der Modelle für Wechselstrom, denn so banal es klingen mag, nahezu alle in einem Land hatten die gleiche Spannung.Hilfsh

Die Spannung der Hilfsbetriebe wurde bei Lokomotiven in der Schweiz auf 220 Volt Wechselstrom festgelegt. Diese Spann-ung hatte den Vorteil, dass man Verbraucher aus dem Lan-desnetz anschliessen konnte.

Daher waren entsprechende Steckdosen vorhanden, die aber mit der Frequenz nicht immer übereinstimmten. Wenn wir die Ausnahmen von dieser Regel ansehen wollen, dann finden wir die bei den Modellen mit Gleichstrom in der Fahrleitung.

Es war eine einfache Versorgung, die keinen Hauptschalter besass. So standen die Hilfsbetriebe bereit, wenn die Lokomo-tive eingeschaltet wurde. Eine einfache Sicherung dient dem Schutz. Mehr war nicht vorhanden.

Zumindest bis zu dem Zeitpunkt, als man auch bei der Fre-quenz sich dem Landesnetz annähern wollte und das wurde zum Teil bereits umgesetzt, als die Fahrmotoren noch mit einfachen Lösungen betrieben wurden.

Bevor wir dazu kommen, müssen wir uns ein paar Gedanken zu den Verbrauchern machen. Es ist klar, die Kühlung der Bauteile war ein Bestandteil.

Jedoch wurden auch alle anderen elektrischen Versorgungen auf dem Fahrzeug von diese Bereichen übernommen. Dazu gehören die Ladung der Batterien, der Kompressor und auch diverse Heizungen für das Personal. Natürlich kann man die Liste erweitern, denn es gab keine andere Quelle auf der Lokomotive.

Gerade die Tatsache, dass mit den Hilfsbetrieben alles bis auf die Fahrmotoren versorgt wurde, zeigt wie wichtig diese waren. Die Lokomotive konnte sogar einige Aufgaben ohne Fahrmotoren übernehmen, aber nicht ohne die Hilfsbetriebe, die durchaus auch einen anderen Namen verdient hätten, denn diese Hilfe sollte man annehmen, denn sie ist ausgesprochen wichtig und daher verbesserte man die Versorgung immer wieder.

Der Hilfsbetriebestromrichter: Es ist wirklich ein sehr langes Wort, aber der Stromrichter für die Hilfs-betriebe war ein Schritt in Richtung Landesnetz.

Genau genommen waren es die Bahnen für Gleich-strom, die mit diesem Stromrichter die Spannung verringern konnten. Die Baugruppen konnten dank dem Hilfsbetriebestromrichter auch nach Bedarf ge-regelt werden, was viel Energie einsparte.

Jedoch mussten die Motoren beim Hilfsbetriebe-stromrichter mit Wellenstrom betrieben werden. Man war also noch nicht am Ziel, das klar vorsah, dass man hier die Kosten minderte. Es ist wie überall, es wird immer bei den Hilfskräften gespart.

Der Hilfsbetriebestromrichter verschwand dann wie-der um kurze Zeit später wieder in Erscheinung zu treten. Dazu musste aber zuerst der Weg in eine neue Welt bei den Hilfsbetrieben getätigt werden.

Der Hilfsbetriebeumrichter: Auch beim Umrichter für die Hilfsbetriebe griff man zu einem sehr langen Wort. Da sich aber die Bahnen nun auch mit Abkürzungen auskannten, wurde der Hilfsbetriebe-umrichter mit HUR abgekürzt.

Hier konnte nun wie bei den Fahrmotoren die Spannung angepasst werden und das erfolgte sogar bei den Hilfsbetrieben in einem durchaus grösseren Umfang.

Man erhöhte die Spannung für die Hilfsbetriebe. Diese wurden nun für 400 Volt ausgelegt und es wurde ein Netz für Drehstrom aufgebaut. Diesem konnte, wie das im Landesnetz auch der Fall ist, die Wechselspannung von 230 Volt abgenommen werden. Benutzt wurde diese aber nur noch für die Bereiche, die keinen Motor benötigten. Das waren die statischen Ladegeräte und die Widerstände der Heizungen für das Personal.

Bei den Motoren wurden handelsübliche Asynchronmotoren be-nutzt. Da nun aber einige Bereiche mit einem regelbaren Um-richter versehen wurden, konnten einige Motoren sogar bei den Hilfsbetrieben in der Drehzahl verändert werden.

Welche das waren, werden wir später noch ansehen. Mit der neuen Technik sollte auch der verstaubte Name verschwinden und daher suchte man nach einer anderen Lösung dafür.

Als Bordnetzumrichter sollte in Zukunft der Umrichter für die Hilfsbetriebe benannt werden. Auch jetzt ein langes Wort, daher die Abkürzung BUR. Der Name ist schon besser passend, auch wenn damit auch Probleme entstanden.

Beim Bordnetz meinte man bisher jenes für die Steuerung, aber letztlich gilt auch hier, dass beide dem gleichen Zweck dienen und daher so benannt werden dürfen.

Nun kommen aber wieder die Stromrichter ins Spiel. Diese wa-ren nun ein Teil der Umrichter und das nutzte man um etwas Gewicht zu sparen.

Die Versorgung der Hilfsbetriebe wurde nicht mehr dem Trans-formator entnommen, sondern stammte aus dem Zwischenkreis. Die dortige Gleichspannung musste nur noch einem Stromrichter zugeführt werden. Diesen Stromrichter für das Bordnetz nannte man wieder Hilfsbetriebestromrichter.

Der Vorteil dabei war, dass man Gewicht sparen konnte. Jedoch war es nun auch ohne grossen Aufwand möglich die Hilfsbetriebe mit mehreren Stromsystemen in der Fahrleitung zu betreiben. Bei Bahngesellschaften mit Gleichstrom wurde die Spannung in den Zwischenkreis  gespiesen und von dort nahm der Stromrichter seinen Anteil für die Hilfsbetriebe. Man konnte also überall Bauteile aus dem gut sortierten Baumarkt verwenden.

Die Kühlung: Die Kühlung auf elektrischen Lokomotiven gehört zu den Hilfsbetrieben und sie ist auch gleich der grösste Verbraucher. Deshalb werden wir uns anschliessend die einzelnen Lösungen zur Kühlung genauer ansehen müssen.

Mit dem Begriff umschreibt man die Abführung der Wärme von einem Bauteil. Es ist ein Wort, dass durchaus auch an anderen Orten verwendet wird und das dort den gleichen Zustand umschriebt.

Uns brennen nun aber einige Fragen. Warum benötigt man denn eine Kühlung? Ginge es nicht ohne eine Kühlung der Bauteile? Wie löst man das Problem der Kühlung bei Lokomotiven?

Diese Fragen müssen vorgängig geklärt werden, denn die allgemeine Antwort befriedigt nicht. Es muss gekühlt werden, damit es nicht zu heiss wird. Eine einfache korrekte Antwort, die schlicht keine Auskunft gibt. Wir müssen nachsehen.

Man hat auf einer Lokomotive einfach zu wenig Platz um alles aus-reichend zu bemessen. Das führt dazu, dass man die Bauteile etwas zu schwach dimensioniert.

Jetzt muss man die Bauteile aber kühlen, denn nur so überstehen sie diese Überlastung ohne Schaden. Daher geht es bei einem solchen Aufbau nicht ohne Kühlung. Die Lokomotive benötigt daher eine ausreichend bemessene Kühlung. Doch, wie löst man denn das Pro-blem?

Man wählt dazu unterschiedliche Lösungen. Gewisse Bauteile kühlt man optimal mit Flüssigkeiten. Andere wiederum begnügen sich mit Luft. Gemeinsam ist, dass die in den Bauteilen entstehende Wärme abgeführt und an die Umwelt abgegeben wird. Wir beginnen mit der Kühlung mit Flüssigkeiten, denn der Grund ist simpel. Diese muss die Wärme an die Luft abgeben und da kann man die Luftkühlung auch gleich nutzen.

Um es gleich zu Beginn zu erwähnen, nicht alle Fahrmotoren werden mit einer Fahrmotorventilation versehen. So werden Permanentmagnetmotoren auch mit einer Flüssigkeitskühlung versehen, das ist dort möglich, weil bei diesen Motoren nur noch der Stator gekühlt werden muss. Bei den anderen Fahrmotoren wird jedoch zwischen zwei Lösungen unterschieden, die mit Luft arbeitet und die wir ansehen müssen

Wenn wir noch rasch bei den Motoren mit Flüssig-keitskühlung bleiben, dann muss erwähnt werden, dass diese zwar die Wärme der Motoren mit einer Flüssigkeit abführt, diese aber auch gekühlt werden muss.

Die Rückkühlung dieser Motoren wird daher oft auch als Fahrmotorventilation bezeichnet. Das ist zwar nicht ganz korrekt, aber man will so auch eine Unterscheidung von den anderen so gekühlten Bauteilen.

Eigenventilation: Es gab auch Fahrmotoren, die mit einer Eigenventilation versehen wurden. Bei dieser Lösung sor-gen sie gleich selber dafür, dass sie ausreichend gekühlt werden.

Zusätzliche Lüfter und Luftkanäle werden dabei nicht be-nötigt. Auch wenn man es meinen könnte, die damit ver-sehenen Motoren waren nicht so ausgelegt worden, dass alleine über das Gehäuse genug Wärme abgeführt werden konnte.

Der Fahrmotorlüfter ist bei der Eigenventilation ein an der Welle des Rotors angeschlossenes Lüfterrad. Dieses beginnt sich daher zu drehen, wenn der Motor seine Arbeit aufnimmt. Auch wenn wir hier den Begriff für dieses Rad nehmen, er wird oft auch für einen normalen Ventilator verwendet, jedoch haben wir hier einen direkt vom Motor angetriebenen Lüfter erhalten, was ganz gut dazu passt.

Die Eigenventilation ist leicht und dank den dort verwendeten Filter ist auch der Schmutz kein so grosses Problem, wie man erwarten könnte. Trotzdem ist diese Lösung nicht überall erfolgreich einsetzbar, denn durch den Aufbau ergeben sich durchaus Probleme mit der Kühlung der Fahrmotoren und das hängt mit dem Lüfter zusammen. Dieser arbeitet je nach der Drehzahl besser oder schlechter und kann sogar ausfallen.

Wir müssen wissen, dass bei dieser Eigenventi-lation mehr Luft durch den Motor geblasen wird, wenn dieser sich schneller dreht. Ist diese Dreh-zahl zu tief, können die Flügel des Lüfters die Luft nicht mehr ausreichend beschleunigen, weil schlicht die Kraft fehlt.

Das führt aber dazu, dass sich die Luft nicht mehr zum kühlen nutzen lässt. Die Motoren sind also bei tiefen Geschwindigkeiten so gut wie nicht mehr gekühlt.

Das kann ausgeglichen werden, denn man kon-struiert die Motoren so, dass sie diese Situation meistern können und die gespeicherte Wärme erst abgeben, wenn eine ausreichende Kühlung vorhanden ist.

Durch diese Massnahme werden die Motoren jedoch schwer und auch die verfügbare Leistung ist nicht optimal und daher sind diese Eigen-ventilationen immer wieder ein Thema bei den Fachleuten, die das oft bemängeln.

Bei der Fahrmotorventilation werden wir daher in diesem Artikel das Prinzip der forcierten Luftkühlung weiter verfolgen. Das heisst, wir bewegen die Luft künstlich mit einem Ventilator und pressen diese durch Luftkanäle zum zu kühlenden Bauteil. In den meisten Fällen ist das der Fahrmotor. Die Kühler für die Rückkühlung der Flüssigkeitskühlung werden in dem Fall einfach in einem Luftkanal montiert und erwärmen so die Luft.

Es ist aber auch möglich, dass für die Fahrmotoren eine eigene Kühlung verbaut wurde. Das hat den Vorteil, dass alle Motoren mit der gleich warmen Luft von der Wärme befreit werden können. Da diese Ventilation auch arbeitet, wenn der Motor nicht bewegt wird und daher keine Wärme entsteht, wird sie zur Unterscheidung von der bekannten Eigenventilation mit dem Begriff der Zwangsventilation genauer umschrieben.

Zwangsventilation: Die Zwangsventilation für Fahrmoto-ren beginnt mit der Arbeit in dem Moment, wo das Fahr-zeug eingeschaltet wird. So wird der Bereich gekühlt, auch wenn das nicht erforderlich ist.

Jedoch nutzt man nun eine weitere Eigenschaft dieser Ventilation, denn durch die Aufbereitung ist diese trok-ken und sauber. Damit können die Bauteile gereinigt werden und dann die Wärme besser abgeben.

Die Zwangsventilation hat eine gute Wirkung, besitzt aber ebenfalls ein Problem. Die Ventilation erzeugt Lärm, der kann sehr gross sein und daher das Personal, oder die Leute am Bahnsteigen belästigen.

Aus diesem Grund arbeiten diese Lösungen mit abge-stuften Drehzahlen, die bei geringen Geschwindigkeit den Lärm deutlich vermindern. Trotzdem kann er im Stillstand immer noch stören, daher ist eine Möglichkeit vorhanden die Ventilation auszuschalten.

Soweit entspricht dieser der Fremdventilation. Hier wird jedoch die Ventilation automatisch gestartet, wenn mit dem Fahrzeug eine Fahrt beginnen soll. Das kann in Anhängigkeit mit den Wendeschaltern erfolgen. Ab einer durch die Steuerung bestimmten Geschwindigkeit schaltet die Zwangsventilation automatisch auf die volle Leistung um. Das auch, wenn eine Kühlung gar nicht erforderlich ist und das verbraucht Energie.

Man baute bei den Lokomotiven mit Zwangsventilation zur Verbesserung eine Ventilationssteuerung ein. Es handelt sich um einen Lösung, welche die Funktion verbesserte. Am verhalten dieser Ventilation passiert zu Beginn kein Unterschied. Das heisst auch jetzt, startet diese automatisch, aber immer nur in der tiefsten Drehzahl der Ventilatoren. Die Kühlung ist also nicht optimal.

Wird nun mit dem Fahrzeug losgefahren, ändert sich vorerst nichts. Die Ventilation bleibt auf der Stufe und schaltet erst höher, wenn dies von den Temperaturen der Fahrmotoren verlangt wird.

So kann der Bedarf bei der Energie verringert werden, denn mit der vollen Leistung wird nur bei sehr hohen Zug-kräften gearbeitet. Ist diese Abführung der grossen Wärme jedoch erfolgt, reduziert die Steuerung die Drehzahl wie-der.

Es ist also eine Regelung vorhanden, die von den Tempe-raturen abhängig ist. Damit kann die Kühlung optimal betrieben werden. Grundsätzlich sind aber nur Modelle damit ausgerüstet die neuer sind.

Bei diesen kann der Hilfsbetriebeumrichter in mehreren Stufen arbeiten und so dank der Steuerung eine optimale Ventilation für die Fahrmotoren bereit stellen. Jedoch ergeben sich mit der Steuerung neue Probleme.

Die Nachventilation ist ein Begriff, der umschreibt, dass die Lüfter nach dem Betrieb nicht gleich abgestellt wer-den. Das ist gerade wichtig, wenn zuvor viel Wärme erzeugt wurde. Der Ausfall kann den Motoren schaden.

Diese Nachventilation ist durch das Personal nicht immer optimal eingehalten. Daher gibt es die entsprechende Steuerung, die erst nach einer gewissen Zeit die Venti-lation abstellt.

Neue Lokomotiven mit Umrichter benötigten die Kühlung auch im Stillstand, denn die Stromrichter erzeugen immer eine geringe Wärme. Dank der bei diesem Modellen vorhandenen Ventilationssteuerung kann diese in dem Fall aber mit der geringsten Leistung betrieben werden. Die Ventilation hier wird also erst abgestellt, wenn das Fahrzeug ausgeschaltet wird, denn ohne Energie funktioniert keine Ventilation.