Magnetschwebebahn

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Magnetschwebebahn –
Der später verunglückte Transrapid 08 auf seiner Versuchsstrecke im Emsland

Magnetschwebebahnen sind spurgeführte Landverkehrsmittel, die durch magnetische Kräfte in der Schwebe gehalten, in der Spur geführt, angetrieben und gebremst werden. Die Technik ermöglicht hohe Geschwindigkeiten, Beschleunigungen und Steigungen, wurde aber vom Markt bisher nicht angenommen.

Magnetisches Schweben[Bearbeiten]

JR Maglev MLX01 Supraleitermagnet-Drehgestell

Bei magnetisch schwebenden Bahnen werden Magnetfelder genutzt, um Fahrzeuge in einen Schwebezustand zu bringen. Man unterscheidet

  • Elektromagnetisches Schwebesystem (electromagnetic suspension, EMS) und
  • Elektrodynamisches Schwebesystem (electrodynamic suspension, EDS).

Bei elektromagnetisch schwebenden Bahnen magnetisiert ein mit Gleichstrom erregter Elektromagnet das ferromagnetische Material auf der anderen Seite eines Luftspaltes, was eine Anziehungskraft bewirkt. Da das anziehende Verfahren ohne Regelung instabil wäre, muss hier eine aktive Luftspaltregelung eingesetzt werden. Dafür sind schnelle und effiziente dynamische Regelungen von entscheidender Bedeutung. Um das Fahrzeug durch Anziehungskräfte anheben zu können, umgreift beim Transrapid System das Fahrwerk die Fahrbahn, Beispiel Transrapid.

Beim elektrodynamischen Schweben werden magnetische Wechselfelder erzeugt, die auf der Gegenseite in nichtmagnetischen elektrischen Leitern, meist Aluminium, Wirbelströme hervorrufen, die das tiefere Eindringen des magnetischen Feldes verhindern, mit dem Ergebnis einer abstoßenden Kraft, Beispiel JR-Maglev. EDS ist bei geringen und mittleren Geschwindigkeiten weniger energieeffizient. Bei hohen Geschwindigkeiten führt schon die Bewegung eines gleichförmigen erregenden Feldes zu Wirbelströmen, was den Energieaufwand von EDS senkt, den von EMS steigen lässt.

Beide Systeme können mit supraleitenden Spulen arbeiten. Beide Systeme können durch den Einsatz von Permanentmagneten energieeffizienter gestaltet werden.[1]

Antriebsarten[Bearbeiten]

Funktionsschema Langstator (Antrieb in der Trasse)
Langstator-Animation

Als berührungsfreies Antriebsprinzip wird regelmäßig das des Linearmotors eingesetzt. Typischerweise werden auf einer Seite des Luftspalts Ströme induziert. Die andere, aktive Seite heißt in Analogie zu rotierenden Maschinen Stator. Dieser kann als sogenannter Langstator im Fahrweg verbaut sein oder als Kurzstator im oder am Fahrzeug.

Für die Bestromung eines Kurzstators ist ein Paar Stromschienen, eine induktive Übertragung oder ein Dieselaggregat notwendig und die Fahrzeuge sind schwerer. Dagegen ist die Langstator-Bauweise, falls nicht die Fahrzeugdichte auf der Strecke sehr hoch ist, in der Anschaffung teurer, selbst wenn der Langstator nur an Steigungen und Bahnhöfen für den maximalen Schub ausgelegt wird.

Bewertung[Bearbeiten]

Vorteile der Magnetschwebebahn[Bearbeiten]

  • Insbesondere bei elektrodynamischer (EDS) Langstator-Bauweise weniger Luftwiderstand als Eisenbahnzüge mit Stromabnehmern; damit bei hohen Geschwindigkeiten leiser und energieeffizienter
  • Hohe Beschleunigungen, Verzögerungen und Streckensteigungen möglich; die Grenze setzt hier das Wohlbefinden und die Sicherheit der Passagiere.
  • Bei der Langstator-Bauweise kontrolliert die Strecke die Bewegung der Züge, das begünstigt sicheren fahrerlosen Betrieb kürzerer Einheiten in schnellerer Folge
  • Kein Verschleiß durch Reibung

Nachteile von Magnetschwebebahnen[Bearbeiten]

  • Inkompatibilität zur vorhandenen Bahninfrastruktur
  • Aufgrund des hohen Leistungsbedarfs für schweren Güterverkehr ungeeignet und für langsamen Personennahverkehr ineffizient.
  • Die „offenen“ magnetischen Felder des Langstatorsystems bzw. die Stromschienen des Kurzstatorsystems schließen die Integration in die Straßenebene aus; freistehende Konstruktionen sind daher üblich, Weichen teuer, das erschwert den Einsatz als langsameres Nahverkehrssystem
  • Eis- und schneebedingte Räumung des Fahrwegs im Winter erforderlich

Geschichte[Bearbeiten]

Zeichnung der Magnetschwebebahn in London, 1914
Zeichnung einer magnetisch balancierten Hochbahn von 1903
Transrapid 05 auf der IVA 1979 in Hamburg
Prototyp TR06 vor dem Deutschen Museum in Bonn
300-Pf-Briefmarke der Dauermarkenserie Industrie und Technik der Deutschen Bundespost Berlin

Anfänge[Bearbeiten]

1914 erregte der französische Erfinder Emile Bachelet in London Aufsehen. In einem Saal hatte er einen etwa ein Meter langen, bleistiftförmigen Hohlkörper aus Aluminium über einer langen Reihe von Wechselstrommagneten schweben lassen, vorwärts getrieben durch einzelne offene Spulen. Er wollte mit solch einem System zwischen London und Liverpool Briefe transportieren.

„Emile Bachelet, ein Franzose, hat eine Bahn erfunden, die keine Räder, keine Gleise, keine Lokomotive und keinen Motor hat und dennoch 300 Meilen in der Stunde zurücklegt. Dabei wird weder Reibung noch Vibration erzeugt. An Stelle der Gleise sind als Spur Aluminiumklötze aufgestellt, die alle 7 bis 8 Meter von einem torähnlichen Magneten unterbrochen werden. Über diesen Klötzen und unter den Toren schwebt ein Stahlzylinder, der die Form einer Zeppelingondel hat und den eigentlichen Zug darstellt. Die elektromagnetischen Gewinde im Inneren der Aluminiumklötze stoßen bei der Einschaltung des elektrischen Stromes den Zug von sich ab und halten ihn in der Luft, während die großen Magneten ihn vorwärts ziehen.“

Fürstenfeldbrucker Wochenblatt, 68. Jg. Nr. 63 vom 6. Juni 1914

Deutsches Reich[Bearbeiten]

Die Entwicklung der Magnetschwebebahn wurde 1922 im Deutschen Reich von Hermann Kemper begonnen, der sich mit Techniken elektromagnetischer Schwebebahnen beschäftigte. Für das elektromagnetische Schweben von Fahrzeugen erhielt Hermann Kemper am 14. August 1934 das Reichspatent 643316 zugesprochen. Es war zunächst eine Versuchsbahn für höchste Geschwindigkeiten im Gespräch; dieses Projekt wurde jedoch wegen des Zweiten Weltkrieges nicht weiterverfolgt.

Bundesrepublik Deutschland[Bearbeiten]

1967 gründete Stefan Hedrich die Gesellschaft für bahntechnische Innovation, in der sich Forscher und Firmen für die Weiterentwicklung der Magnetschwebebahn engagierten.[2] Ab 1973 nahmen der Physiker Götz Heidelberg und Professor Herbert Weh von der Technischen Universität Braunschweig die Entwicklung wieder auf.

In Deutschland regelt die Magnetschwebebahn-Bau- und Betriebsordnung (MbBO) den Bau und Betrieb von öffentlichen Magnetschwebebahnen. Die entsprechenden Genehmigungsregularien sind im Allgemeinen Magnetschwebebahngesetz (AMbG) geregelt. Das Eisenbahn-Bundesamt ist Aufsichts- und Genehmigungsbehörde, wie auch bei der herkömmlichen Eisenbahn. Die Transrapid-Versuchsanlage im Emsland unterliegt dem Gesetz über den Bau und Betrieb von Versuchsanlagen zur Erprobung von Techniken für den spurgeführten Verkehr (SpurVerkErprG) von 1976. Aufsichtsbehörde hierfür ist die Niedersächsische Landesbehörde für Straßenbau und Verkehr (NLStBV).

Als erste Langstreckenanwendung einer Magnetschwebebahn war nach der Wiedervereinigung eine Verbindung zwischen Hamburg und Berlin geplant. Nachdem die Planungen dafür eingestellt worden waren, sollte entweder das Rückgrat des ÖPNV in der Metropolregion Rhein-Ruhr als Metrorapid oder der Transrapid München als Flughafenzubringer in Magnetschwebetechnik gebaut werden. Auch diese Pläne wurden später wieder aufgegeben. Andere Langstreckenprojekte wie Hamburg–Bremen–Niederlande kamen bisher nicht über Ideenniveau hinaus.

Schweiz[Bearbeiten]

Das SwissRapide-Konsortium plant und entwickelt eine Magnetschwebebahn für die Schweiz. Als Pionier unter den großen Infrastrukturprojekten wird es mehrheitlich oder gar vollständig durch private Investoren finanziert. Der SwissRapide Express soll langfristig das Gebiet zwischen Genf und St. Gallen erschließen sowie die Städte Luzern und Basel einbinden. Die ersten Projekte umfassen die Strecken BernZürich, Lausanne–Genf und Zürich–Winterthur. Tendenziell als erstes realisiert wird die Strecke zwischen Lausanne und Genf – frühestens im Jahr 2020. Der SwissRapide Express basiert auf der Transrapid Magnetbahn-Technologie, die in Shanghai seit 2004 im Einsatz ist (Transrapid Shanghai).

Ein früheres, ambitiöses Zukunftsprojekt war Swissmetro, ein Stadtverbindungsnetz für die Schweiz. Die Swissmetro AG hatte die Vision, eine unterirdische Magnetschwebebahn in einer Teilvakuumröhre zu betreiben und damit die wichtigsten Schweizer Stadtzentren und Flughäfen zu verbinden. Zuerst wurde eine Strecke zwischen Lausanne und Genf ins Gespräch gebracht. Andere mögliche Strecken wären BaselZürich und Verlängerungen zu deren Flughäfen oder GenfLyon gewesen. Swissmetro ist an fehlender Finanzierung gescheitert.

Linimo-Zug fährt vorwärts in den Bahnhof Fujigaoka

Japan[Bearbeiten]

Seit 1962 laufen in Japan Forschungsarbeiten zu Magnetschwebebahnen. Mittlerweile sind zwei Systeme entwickelt worden: Der elektrodynamisch auf supraleitenden Magneten schwebende JR-Maglev bzw. Chūō-Shinkansen (Langstatorantrieb, Betriebshöchstgeschwindigkeit 500 km/h) und der elektromagnetisch schwebende HSST (Kurzstatorantrieb, Betriebshöchstgeschwindigkeit ca. 100 km/h).

Mit dem Chūō-Shinkansen soll eine Linie TokioNagoyaŌsaka realisiert werden; die bereits bestehende 18,4 km lange Teststrecke in der Präfektur Yamanashi bildet ein Teilstück davon.

Der HSST verkehrt seit März 2005 unter dem Namen Linimo auf einer neun Kilometer langen Nahverkehrslinie im Rahmen der Expo 2005 östlich von Nagoya und hat bis Juli 2005 zehn Millionen Passagiere befördert.

China[Bearbeiten]

Transrapid in Shanghai; das Bild zeigt die Überleitstelle im Fahrweg bestehend aus vier Langsamfahrweichen vor der Station Long Yang Road

Anfang 2004 wurde der Regelbetrieb des Transrapid Shanghai als fahrplanmäßig schnellstes spurgebundenes Fahrzeug der Welt zur Anbindung des Flughafens Pudong aufgenommen. Es handelt sich um ein berührungsloses elektromagnetisches Schwebesystem (EMS) mit berührungslosem synchronen Langstator-Linearmotorantrieb.

Projekte[Bearbeiten]

Ausgehend von dem Transrapid-Joint-Venture wurde 2002 offiziell mit der Entwicklung eines eigenen Maglev-Zugs begonnen. Zu der Zeit war die Schnellfahrstrecke Guangzhou–Shenzhen–Hongkong noch in der Planungsphase, und seit einigen Jahren wurde eine Realisierung als Magnetschwebebahn diskutiert. Der Systemvergleich einer Kommission ergab jedoch 2003, dass nicht nur die Bauzeit länger und die Investitionskosten höher seien, sondern womöglich auch die Betriebs- und Unterhaltskosten. Damit wurde der Plan aufgegeben.[8]

2004 wurde, teilweise mit Langstatoren von der Pudong-Linie, am Jiading Campus der Tongji-Universität in Shanghai eine drei Kilometer lange Maglev-Teststrecke gebaut und 2006 darauf ein Fahrzeug mit Permanentmagneten erprobt[9], ein für den Nahverkehr geeignetes Fahrzeug. Diese Entwicklung stellte keine Konkurrenz dar für das Transrapid-Konsortium, das sich damals noch Hoffnung machte, den Auftrag über rund 4 Mrd. Euro für die geplante Verlängerung der Strecke in Shanghai um 200 km nach Hangzhou zu erhalten. Aber 2008 scheiterte auch dieses Projekt an steigenden Kostenschätzungen, steigenden Geschwindigkeiten der konventionellen Züge und an steigendem Widerstand von Trassenanrainern, die sich vor Elektrosmog fürchteten.[10]

Die Entwicklung der Geschwindigkeitsrekorde bei Versuchsfahrten[Bearbeiten]

Jahr Land Fahrzeug Geschwindigkeit Anmerkung
1971 Deutschland Versuchsfahrzeug 90 km/h
1971 Deutschland TR-02 164 km/h
1972 Japan JR-Maglev ML100 60 km/h
1973 Deutschland TR04 250 km/h
1974 Deutschland EET-01 230 km/h unbemannt
1975 Deutschland Komet (Komponentenmessträger) 401,3 km/h unbemannt, Dampf-Raketen-Antrieb
1978 Japan HSST01 307,8 km/h unbemannt, Raketenantrieb von Nissan
1978 Japan HSST02 110 km/h
1979 Japan JR-Maglev ML500 504 km/h unbemannt
1979 Japan JR-Maglev ML500 517 km/h unbemannt, schaffte als erstes Schienenfahrzeug eine Geschwindigkeit von über 500 km/h
1987 Deutschland TR06 406 km/h
1987 Japan JR-Maglev MLU001 400,8 km/h
1988 Deutschland TR-06 412,6 km/h
1989 Deutschland TR-07 436 km/h
1993 Deutschland TR-07 450 km/h
1994 Japan JR-Maglev MLU002N 431 km/h unbemannt
1997 Japan JR-Maglev MLX01 531 km/h
1997 Japan JR-Maglev MLX01 550 km/h unbemannt
1999 Japan JR-Maglev MLX01 548 km/h unbemannt
1999 Japan JR-Maglev MLX01 552 km/h 5er Zuggarnitur. Vom Guinness-Buch der Rekorde bestätigt.
2003 Japan JR-Maglev MLX01 581 km/h 3er Zuggarnitur. Vom Guinness-Buch der Rekorde bestätigt.
2015 Japan Shinkansen L0 590 km/h
2015 Japan Shinkansen L0 603 km/h

Entwicklung[Bearbeiten]

  • Das südkoreanische Firmenkonsortium Rotem entwickelt zur Zeit eine Nahverkehrs-Magnetschwebebahn für Geschwindigkeiten bis ca. 110 km/h, mit der um 2005 eine Stadtbahnlinie realisiert werden sollte. Am 26. September 2010 fand am Flughafen Seoul der erste Spatenstich für eine 6,1 Kilometer lange Strecke statt. Die Fertigstellung der Linie war für 2012 geplant,[11] noch fahren die Wagen aber nur im Testbetrieb.
  • An der TU Dresden wird unter dem Namen SupraTrans ein Konzept entwickelt, das auf dem magnetischen Schweben eines Supraleiters im Feld eines Permanentmagneten basiert. Mit Hochtemperatursupraleitern soll der Energiebedarf für das Schweben sinken.
  • Magnetschwebebahnsysteme werden auch immer wieder als Starthilfen für Weltraumfahrzeuge diskutiert, wobei eine solche Bahn, die eine Rakete trägt, an einem steilen Berg errichtet oder eine riesige Schanze gebaut werden soll.
  • Im Mai 1998 stellten Forscher am Lawrence Berkeley National Laboratory in Berkeley (Kalifornien) als Nebenprodukt des vorrangig betriebenen Schwungrad-Energiespeicher-Projektes ein völlig neues Magnetschwebebahn-System[12] Inductrack vor, das durch passive in Halbach-Array angeordneten Raum-Temperatur-Permanentmagneten aus neuartigen Legierungen charakterisiert ist und damit wesentlich kostengünstiger, energieeffizienter und wirtschaftlicher sei als alle übrigen Magnetschwebesysteme.[13][14] Fährt der Zug, induziert er durch seine Bewegung ein abstoßendes Magnetfeld und schwebt über dem Gleiskörper. Wie das EDS JR-Maglev soll Inductrack mit Hilfsrädern ausgestattet und beispielsweise von einem Propeller bzw. im weiterentwickelten Inductrack II mit dualem Halbach-Array per elektromagnetischen Impuls angetrieben werden. Dieses System soll später nicht nur wirtschaftlichere Magnetschwebebahnen sondern auch kostensenkende Raketenstartvorrichtungen ermöglichen. Studien der NASA zeigen, dass durch Beschleunigen einer großen Rakete mit Hilfe eines weiterentwickelten Inductrack auf Mach 0.8 ca. 30–40 % Raketentreibstoff eingespart und entsprechend die Nutzlast vergrößert oder die Rakete verkleinert werden könnte.[15]

Ausgeführte Anlagen[Bearbeiten]

Deutschland[Bearbeiten]

International[Bearbeiten]

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

  • Richard D. Thornton: Efficient and Affordable Maglev Opportunities in the United States, Proc. IEEE, 97, 2009 doi:10.1109/JPROC.2009.2030251, (online; PDF; 1,3 MB)
  • Rainer Schach, Peter Jehle, René Naumann: Transrapid und Rad-Schiene-Hochgeschwindigkeitsbahn. Springer, Berlin 2006, ISBN 3-540-28334-X
  • Johannes Klühspies: Zukunftsaspekte europäischer Mobilität: Perspektiven und Grenzen einer Innovation von Magnetschnellbahntechnologien. Habilitationsschrift a. d. Univ. Leipzig 2008, ISBN 3-940685-00-3

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Magnetschwebebahn – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Thornton 2009
  2. Erfinder des Transrapid gestorben. In: http://www.merkur-online.de. Abgerufen am 19. April 2015.
  3. Kyrill von Gersdorff: Ludwig Bölkow und sein Werk: Ottobrunner Innovationen, Bernard & Graefe, 1987, eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche
  4. DB Magnetbahn mbH: Hauptbahnhof – Flughafen in 10minuten, Nr. 4, 2006 (Memento vom 27. September 2007 im Internet Archive)
  5. Transrapid - Siemens Global Website. In: siemens.com. Abgerufen am 19. April 2015.
  6. www.igeawagu.com
  7. ZEIT ONLINE GmbH, Hamburg, Germany: Zugunglück: Tote bei Transrapid-Unfall. In: ZEIT ONLINE. 23. September 2006. Abgerufen am 19. April 2015.
  8. Anfrage LCQ10: Guangzhou-Shenzhen-HK Express Rail Link des Parlamentariers Hon Lau Kong-wahan an die Hongkonger Regierung zu den Ergebnissen der Studie und Antwort der Sekretärin für Umwelt, Transport und Arbeit, Dr. Sarah Liao, am 10. November 2004
  9. Permanent maglev line likely to be launched in Dalian. People's Daily Online, 24. Juli 2006
  10. Liang Chen: Maglev debate goes off the rails. Global Times, 22. Juli 2014
  11. Magnetschwebebahn am Flughafen von Seoul. In: dmm.travel. Abgerufen am 19. April 2015.
  12. Lawrence Livermore National Laboratory, Toward More Efficient Transport: The Inductrack Maglev System Stanford Global Climate and Energy Project, 10. Oktober 2005.
  13. Inductrak. In: llnl.gov. Abgerufen am 19. April 2015.
  14. Post, R.F.: SciTech Connect: Inductrack demonstration model. In: osti.gov. Abgerufen am 19. April 2015.
  15. Lawrence Livermore National Laboratory Artikel Oktober 2004 Inductrack II Takes Flight (PDF-Datei; 9,29 MB)