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Magnetschwebebahn



Magnetschwebebahnen (auch Maglev, von englisch magnetic levitation) 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.

Inhaltsverzeichnis

Magnetisches Schweben


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

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[1], 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 und durch den Einsatz von Permanentmagneten energieeffizienter gestaltet werden.[2]

Antriebsarten


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


Vorteile der Magnetschwebebahn

Nachteile von Magnetschwebebahnen

Geschichte


Anfänge

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

Weimarer Republik und Deutsches Reich

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

Erste Firmengründungen und erste Projekte

1967 gründete Stefan Hedrich die Gesellschaft für bahntechnische Innovation, in der sich Forscher und Firmen für die Weiterentwicklung der Magnetschwebebahn engagierten.[3] Ab 1973 nahmen der Physiker Götz Heidelberg und Professor Herbert Weh von der Technischen Universität Braunschweig die Entwicklung wieder auf.

Vorschriften und Planungen

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.

Transportsystem Bögl

In Sengenthal in der Oberpfalz betreibt die Firma Max Bögl seit 2016 eine inzwischen 800 Meter lange Magnetschwebebahn-Versuchsstrecke neben der B299.[10][11] Das Transportsystem Bögl (TSB) ist für Geschwindigkeiten bis 150 km/h konzipiert. Im Gegensatz zum Transrapid umfasst der Fahrweg das Fahrzeug. In Chengdu (China) ist eine 3,5 Kilometer lange Teststrecke geplant.[12]

Schweiz

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-Technik, 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 Genf–Lyon gewesen. Swissmetro ist an der Finanzierung gescheitert.

Japan

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 die Strecke TokioNagoyaOsaka realisiert werden; die bereits bestehende 42,8 km lange Teststrecke in der Präfektur Yamanashi bildet ein Teilstück des im Bau befindlichen Abschnitts zwischen Tokio und Nagoya.[13]

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

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.

Ausgehend von dem Transrapid-Joint-Venture wurde 2002 offiziell mit der Entwicklung einer eigenen Magnetschwebebahn 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.[14]

2004 wurde, teilweise mit Langstatoren von der Pudong-Linie, am Jiading Campus der Tongji-Universität in Shanghai eine drei Kilometer lange Teststrecke gebaut und 2006 darauf ein Fahrzeug mit Permanentmagneten erprobt,[15] 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.[16]

Seit 2016 verkehrt der Changsha Maglev Express zwischen der Stadt Changsha und ihrem Flughafen.

Die dritte kommerzielle Transrapidstrecke in China wurde am 30. Dezember 2017 im Westen Pekings eröffnet, wo sie als S1 zwischen Jinanqiao und Shichang 7 Haltestellen mit maximal 105 km/h verbindet.

Sowjetunion

In den 1970er Jahren wurde in der Sowjetunion die Entwicklung einer Magnetschwebebahn vorangetrieben. Dabei setzte man auf einen Antrieb durch einen Linearmotor, während der Schwebezustand mit Permanentmagneten erreicht werden sollte. Der hauptsächliche Grund für den Einsatz von Permanentmagneten war, dass damit ein Schwebefeld ohne weitere Energiezufuhr erzeugt werden kann. Als mögliche Streckenführung war damals bereits ein Zubringer für die Moskauer Flughäfen im Gespräch und ebenso eine Alternative zur geplanten Metro in Alma-Ata in der Kasachischen SSR. Die bei den Fahrten mit einem bereits vollausgestatteten Prototypen ТП-01 auf einer Versuchsstrecke von 200 Metern gewonnenen Erkenntnisse ließen die Konstrukteure allerdings an der Verwendbarkeit von Permanentmagneten zweifeln.

In der Folge entschied man sich bei der Weiterentwicklung der Magnetschwebebahn für eine Konstruktion mit einem elektromagnetischem Schwebesystem. Der Antrieb sollte weiterhin mit einem Linearmotor erfolgen. Ein entsprechender Prototyp ТП-05 mit 18 Sitzplätzen wurde seit Anfang der 80er Jahre entwickelt und gebaut. Die Kabine ist eine Aluminium-Konstruktion und besaß ursprünglich zwei Fahrstände. ТП-05 wurde auf einer 850 Meter langen Versuchsstrecke getestet. Der Einsatz einer längeren Version mit 64 Sitzplätzen als Zubringer für den Flughafen Moskau-Scheremetjewo wurde bereits geplant, da beendete der Einbruch der sowjetischen Staatswirtschaft während der Perestroika abrupt das bereits sehr weit gediehene Projekt.

Der Prototyp steht heute noch in Ramenskoje (Moskauer Oblast) auf dem Gelände der Firma ОАО ИНЦ «ТЭМП», die die Entwicklung von Magnetschwebebahnen für Gütertransporte unter privatwirtschaftlichen Bedingungen weitergeführt hat.[17] Realisiert wurde ein Gütertransportsystem mit einer Traglast von 30 Tonnen für Haus-Bauelemente in Rostow am Don.

Entwicklung der Geschwindigkeitsrekorde bei Versuchsfahrten


Jahr Land Fahrzeug Geschwindigkeit Anmerkung
1971 Deutschland Versuchsfahrzeug 090 km/h
1971 Deutschland TR-02 164 km/h
1972 Japan JR-Maglev ML100 060 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, erreichte als erstes Schienenfahrzeug eine Geschwindigkeit von mehr als 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


Ausgeführte Anlagen


Deutschland

International

Sonstiges


Infrastruktur und Triebwagen bedingen beim Antrieb miteinander, weshalb der Hersteller des Fahrzeuges üblicherweise auch die Infrastruktur bereitstellt. Dies kann einen Wettbewerb zwischen verschiedenen Fahrzeugherstellern auf der gleichen Infrastruktur erschweren.

Siehe auch


Literatur


Weblinks


Commons: Magnetschwebebahn  – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Magnetschwebebahn – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise


  1. M. Flankl, T. Wellerdieck, A. Tüysüz and J.W. Kolar: Scaling laws for electrodynamic suspension in high-speed transportation. In: IET Electric Power Applications. November 2017. doi:10.1049/iet-epa.2017.0480 .
  2. Thornton 2009
  3. Erfinder des Transrapid gestorben . In: https://www.merkur.de/. Abgerufen am 19. April 2015.
  4. Kyrill von Gersdorff: Ludwig Bölkow und sein Werk: Ottobrunner Innovationen, Bernard & Graefe, 1987, eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche
  5. DB Magnetbahn mbH: Hauptbahnhof – Flughafen in 10minuten, Nr. 4, 2006 (Memento vom 27. September 2007 im Internet Archive)
  6. Transrapid – Siemens Global Website . In: siemens.com. Archiviert vom Original am 13. Juni 2008. Abgerufen am 19. April 2015.
  7. www.igeawagu.com (Memento vom 11. April 2009 im Internet Archive)
  8. a b Die BVG schwebt über den Dingen. (pdf) Neue Serie: Zum 90. Jubiläum der BVG stellt Axel Mauruszat Fundstücke aus dem Archiv vor. www.bvg.de, 22. März 2019, abgerufen am 29. März 2019 (Seite 36 (PDF-Seite 19)).
  9. Zugunglück: Tote bei Transrapid-Unfall . In: Zeit Online. 23. September 2006. Abgerufen am 19. April 2015.
  10. Nordbayern, 8. Januar 2016: Sengenthal: Neue Transrapid-Tests in der Oberpfalz geplant
  11. Nordbayern, 18. Juni 2016: Schwebebahn gleitet am Baggersee in Greißelbach entlang
  12. Handelsblatt, 8. Juli 2018: Mittelständler baut Magnetbahn für chinesischen Nahverkehr
  13. JR Central unveils L0 maglev , abgerufen 20. August 2017.
  14. 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
  15. Permanent maglev line likely to be launched in Dalian . People’s Daily Online, 24. Juli 2006
  16. Liang Chen: Maglev debate goes off the rails (Memento vom 2. April 2015 im Internet Archive). Global Times, 22. Juli 2014
  17. Тим Скоренко: „Советский маглев: 25 лет под целлофаном“ in Популярная Механика, Mai 2015 Nr. 5 (151), S. 52–56
  18. Magnetschwebebahn am Flughafen von Seoul . In: dmm.travel. Archiviert vom Original am 30. März 2016. Abgerufen am 19. April 2015.
  19. The Inductrack Maglev System Stanford Global Climate and Energy Project , Lawrence Livermore National Laboratory, Toward More Efficient Transport, 10. Oktober 2005.
  20. Inductrak . In: llnl.gov. Abgerufen am 19. April 2015.
  21. Post, R.F.: SciTech Connect: Inductrack demonstration model . In: osti.gov. Abgerufen am 19. April 2015.
  22. Lawrence Livermore National Laboratory Artikel Oktober 2004 Inductrack II Takes Flight (PDF-Datei; 9,3 MB)
  23. Heiko Weckbrodt: Supratrans: Sachsens Traum vom Schweben am Ende. Oiger, 6. September 2017.



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