Magnetschwebebahn
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Transrapid auf seiner Versuchsstrecke im Emsland
Magnetschwebebahnen sind spurgeführte Landverkehrsmittel, die durch magnetische Anziehung oder Abstoßung in der Schwebe gehalten werden. Räder sind dabei entweder gar nicht oder nur bei niedrigen Geschwindigkeiten notwendig. In englischer Sprache ist für Magnetschwebebahnen das Kunstwort Maglev üblich, das in den 1960er Jahren durch den amerikanischen Physiker Howard T. Coffey aus dem Ausdruck "Magnetic Levitation" abgeleitet wurde.
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Magnetisches Schweben
Bei elektromagnetisch schwebenden Bahnen kommt das Prinzip der gegenseitigen Anziehung bzw. Abstoßung von Magnetfeldern je nach ihrer Pol-Lage zur Wirkung. Mit den davon ausgeübten Kräften können Objekte mit magnetischen Eigenschaften gegen die Schwerkraft und andere Kräfte bewegt werden, solange die Kraft des Magnetfeldes größer ist als entgegenwirkende Kräfte. Ein dauerhaftes freies „Schweben“ und eine gleichzeitige Fahrbewegung mit statischen und ungeregelten Magnetfeldern ist jedoch nicht möglich und unabhängig davon, ob dies durch Permanent- oder durch Elektromagnete erzeugt wird. Dies änderte sich erst, als es hinreichend schnelle und effiziente dynamische Steuersysteme gab, die in kürzester Zeit jede Veränderung des Abstandes zwischen Fahrzeug und Fahrweg erfassen und dieser gegensteuern konnten. Ausschlaggebend für das dauerhafte magnetische Schweben ist damit vorrangig ein leistungsfähiges Regelsystem in Verbindung mit einem regelbaren Magnetfeld.
Es wird in der Praxis unterschieden nach
- elektromagnetisch und
- elektrodynamisch schwebenden Bahnen.
Bei elektromagnetisch schwebenden Bahnen bewirken die Anziehungskräfte von Elektromagneten das Tragen und Führen des Fahrzeugs (Beispiel Transrapid). Beim elektrodynamischen Schweben werden während schneller Fahrt durch magnetische Wechselfelder in (supraleitenden) Spulen innerhalb des Fahrzeugs Ströme induziert, die ihrerseits ein Gegenfeld für die Tragfunktion erzeugen (Lenzsche Regel).
Ausführung der Trasse
Bei den meisten bisherigen Planungen soll die Magnetschwebebahn meist aufgeständert aber auch in Tunnels geführt werden. Es gibt die Idee, mit Druckkabinen ausgerüstete Magnetschwebebahnen in luftleer ausgepumpten Tunnels praktisch reibungsfrei fahren zu lassen.
Antriebsarten
Nach Art des Antriebs lassen sich einteilen:
- rückstoßgetriebene und
- linearmotorgetriebene Bahnen
- (Kurzstator- oder
- Langstator- Bauweise).
Die Magnetschwebetechnik benötigt zu ihrer sinnvollen Nutzung einen berührungsfreien Horizontalantrieb. Als umweltverträgliche Technik kommt dafür nur der Linearmotor in Frage. Rückstoßmotoren sind relativ energieineffizient, verursachen Lärmemissionen und erlauben kein regeneratives Bremsen; sie werden mithin aus denselben Gründen nicht verbaut, aus denen sie sich bei der Eisenbahn nicht durchgesetzt haben.
Wird der Linearmotor als Langstator in den Fahrweg verlegt, ist der dazu nötige Einbau fortlaufender Motorwicklungen sehr kostspielig. Ein Kurzstator-Linearmotor (Bestromung des Fahrzeugs, nicht des Fahrwegs) bringt dies nicht mit sich, ist aber insofern "uneleganter", als dann eine Stromschiene, ein Dieselaggregat oder dergleichen zur Energieversorgung vorgesehen werden muss; außerdem entfällt hier, da der Maximalschub des Fahrzeugmotors immer gleich ist, der Trassierungsvorteil, den der Langstator dadurch bringt, dass in längsgeneigten Strecken mehr Schub installiert werden kann als auf Flachstrecken.
Vorteile der Magnetschwebebahn
- Hohe Geschwindigkeit (bis 500 km/h bei herkömmlicher Trassierung, bei Ausführung in evakuiertem Tunnel noch wesentlich höher)
- Fahrwegumgreifende Konstruktionen bieten Schutz gegen Entgleisung
- Kann prinzipiell beliebige Steigungen überwinden (wenn der Fahrweg entsprechend ausgelegt ist; gilt allerdings für jede adhäsionsunabhängige Bahn)
- Gegenüber der konventionellen Eisenbahn geringere Lärmbelästigung bei gleicher Fahrgeschwindigkeit
- Witterungsunabhängiger (Hitze, Schnee) durch Abstand zur Fahrbahn
- Kein Verschleiß durch Reibung, dadurch niedrigere Betriebskosten
Nachteile der Magnetschwebebahn
- Inkompatibilität zu bestehenden Verkehrssystemen
- Höhere Tunnelbaukosten als bei durch bei gleichem Nutzprofil größere Tunnelquerschnitte
- Ungeeignet für Güterverkehr mit Nutzlasten jenseits der Größenordnung von Kurier-, Express- und Päckchendiensten
- Bei Langstatorsystemen: Teurer Fahrweg mit zahlreichen teuren Umrichterstationen; Weichen sind äußerst aufwendig und das Betriebsprogramm durch den Fahrweg fixiert; der nachträgliche Ausbau von Streckenkapazitäten ist damit sehr teuer
- Der Fahrweg (Balken oder Trog) lässt sich nicht in eine Straßenebene verlegen, sondern muss freistehend ausgeführt werden
Geschichte
Deutschland
Die Entwicklung der Magnetschwebebahn wurde 1922 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 deutsche Reichspatent 643316 zugesprochen. Es war zunächst eine Versuchsbahn für höchste Geschwindigkeiten im Gespräch; dieses wurde jedoch auf Grund des 2. Weltkrieges nicht weiter verfolgt. 1973 nahmen der Physiker Götz Heidelberg und Professor Herbert Weh von der Technischen Universität Braunschweig die Entwicklung wieder auf.
- 1979 präsentierte die Internationale Verkehrsausstellung (IVA) in Hamburg die weltweit erste für Personenverkehr zugelassene Magnetbahn (Transrapid 05).
- Ab 1983 wurde in Berlin eine 1,6 km lange Magnetschwebebahn für den Nahverkehr gebaut, die so genannte M-Bahn. Diese wurde aber auf Grund der Wiedervereinigung für den U-Bahn-Wiederaufbau benötigt und ihre Weiterentwicklung 1992 eingestellt.
- 1984 wurde der erste Bauabschnitt der Transrapid-Versuchsanlage im Emsland in Betrieb genommen.
In Deutschland regelt die Magnetschwebebahn-Bau und Betriebsordnung (MbBO) den Bau und Betrieb von öffentlichen Magnetschwebebahnen. Die entsprechenden Genehmigungsregularien sind in dem Allgemeinen Magnetschwebebahngesetz (AMbG) geregelt. Das Eisenbahn-Bundesamt ist Aufsichts- und Genehmigungsbehörde, wie auch bei der herkömmlichen Eisenbahn.
Asien
Japan
Seit 1962 laufen in Japan Forschungsarbeiten an Magnetschwebebahnen. Mittlerweile sind zwei Systeme entwickelt worden: Der elektrodynamisch auf supraleitenden Magneten schwebende Maglev bzw. Chuo Shinkansen (Langstatorantrieb, Betriebshöchstgeschwindigkeit 500 km/h), der eine Reihe von Geschwindigkeitsrekorden aufgestellt hat, und der elektrostatisch schwebende HSST (Kurzstatorantrieb, Betriebshöchstgeschwindigkeit ca. 100 km/h).
Mit dem Chuo Shinkansen soll eine Linie Tokio-Nagoya-Osaka realisiert werden; die bereits bestehende Teststrecke bildet ein Teilstück davon. Der HSST soll seit März 2005 auf einer Nahverkehrslinie bei Tokio verkehren.
China
Die bisher einzige kommerzielle Magnetschwebebahn (Modell Transrapid) wurde 2003 in Shanghai als Flughafenzubringer errichtet: Transrapid Shanghai. Es handelt sich um ein elektromagnetisches Schwebesystem mit Langstator-Linearmotorantrieb und berührungsfreier Stromzufuhr.
Entwicklung
Das südkoreanische Firmenkonsortium Rotem entwickelt zur Zeit eine Nahverkehrs-Magnetschwebebahn für Geschwindigkeiten bis ca. 110 km/h, mit der ca. 2005 eine Stadtbahnlinie realisiert werden soll.
Magnetschwebebahnsysteme werden auch immer wieder als Starthilfen für Weltraumfahrzeuge diskutiert, wobei meist angedacht ist, eine solche Bahn, die eine Rakete trägt, an einen steilen Berg zu errichten oder eine riesige Schanze zu errichten.
Verwandte Systeme
Ein der Magnetschwebebahn ähnliches System ist die Coilgun.
Ausgeführte Anlagen
- M-Bahn Hamburg (1979 zur Verkehrsausstellung, demontiert)
- M-Bahn Berlin (1984-1991, demontiert)
- Transrapid Versuchsanlage Emsland (seit 1980 in Lathen in Betrieb)
- Transrapid Shanghai
- Teststrecke Miyazaki
- Teststrecke Yamanashi
Siehe auch
Weblinks
- Transrapid International
- Magnetschwebebahn in Deutschland und China (Shanghai)
- Magnetschwebebahnforum - aktuelle Info und Diskussion
- AMbG Allgemeines Magnetschwebebahngesetz
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