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Technik kurz erklärt Die Entwicklung der Magnetschwebebahn

| Autor: M.A. Bernhard Richter

In unserer Serie „Technik kurz erklärt“ stellen wir jede Woche ein Meisterwerk der Konstruktion vor. Heute: Die Magnetschwebebahn

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Erste experimentelle Magneteschwebebahnen kamen in den späten 1960er Jahren auf.
Erste experimentelle Magneteschwebebahnen kamen in den späten 1960er Jahren auf.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay )

Die Magnetschwebebahn ist ein Zug, der zwei Sätze Magneten zur Fortbewegung verwendet: einen Satz, um den Zug abzustoßen und vom Gleis zu schieben, und einen weiteren Satz, um den - meist auf einer Hochbahn fahrenden - Zug unter Ausnutzung der fehlenden Oberflächenreibung vorwärts zu bewegen. Auf bestimmten Strecken kann die Magnetschwebebahn theoretisch mit Hochgeschwindigkeitszügen und Flugzeugen konkurrieren.

Bei der Magnetschwebebahntechnologie gibt es nur ein bewegliches Teil: den Zug selbst. Der Zug fährt auf einer Führungsbahn aus Magneten, die die Stabilität und Geschwindigkeit des Zuges steuern. Für den Antrieb und das Schweben sind keine beweglichen Teile erforderlich. Dies steht im krassen Gegensatz zu elektrischen Triebzügen, die mehrere Dutzend Teile pro Drehgestell haben können. Magnetschwebebahnen sind daher leiser und ruhiger als konventionelle Züge und haben das Potenzial für wesentlich höhere Geschwindigkeiten.

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Magnetschwebebahnen können viel schneller beschleunigen und abbremsen als konventionelle Züge. Die für das Schweben erforderliche Leistung macht normalerweise keinen großen Teil des Gesamtenergieverbrauchs einer Hochgeschwindigkeits-Magnetschwebebahn aus. Die Überwindung des Luftwiderstands erfordert - wie auch bei allen anderen Fortbewegungsarten - die meiste Energie. Hier wurde eine Vakuum-Röhre als Mittel zur Überwindung dieser Einschränkung vorgeschlagen. Eine ähnliche Herangehensweise nutzt auch das Hyperloop-Projekt von Elon Musk.

Magnetschwebebahnsysteme waren in der Konstruktion sehr viel teurer als konventionelle Bahnsysteme, obwohl die einfachere Konstruktion von Magnetschwebebahn-Fahrzeugen deren Herstellung und Wartung billiger macht.

Geschichte des Magnetzuges

Patente für den Hochgeschwindigkeitstransport wurden verschiedenen Erfindern auf der ganzen Welt erteilt. Erste Patente für einen durch Linearmotoren angetriebenen Zug wurden dem deutschen Erfinder Alfred Zehden schon 1907 erteilt.

Im selben Jahr wurde ein weiteres frühes elektromagnetisches Transportsystem von F. S. Smith entwickelt. Nur ein jahr spääter, 1908 meldete der Bürgermeister von Cleveland, Tom L. Johnson, ein Patent für eine radlose "Hochgeschwindigkeits-Eisenbahn" an, die durch ein induziertes Magnetfeld schwebte. Der scherzhaft als "Greased Lightning" bezeichnete Schwebewagen fuhr auf einer 30 Meter langen Teststrecke in Johnsons Keller "absolut geräuschlos und ohne die geringste Vibration". Eine Reihe deutscher Patente für Magnetschwebebahnen, die von Linearmotoren angetrieben wurden, wurden Hermann Kemper zwischen 1937 und 1941 erteilt.

Der Transrapid 09 auf der Teststrecke Emsland.
Der Transrapid 09 auf der Teststrecke Emsland.
(Bild: gemeinfrei / CC0 )

In den späten 1940er Jahren entwickelte der britische Elektroingenieur Eric Laithwaite, das erste Arbeitsmodell des linearen Induktionsmotors in Originalgröße. Da Linearmotoren keinen physischen Kontakt zwischen Läufer und Führungsschiene erfordern, wurden sie in den 1960er und 70er Jahren als die Zukunft des Transportsystems angesehen, dass alles andere ablösen sollte.

Der Linearmotor war damit natürlich auch für den Einsatz in Magnetbahnsystemen geeignet. Anfang der 1970er Jahre entdeckte Laithwaite eine neue Anordnung von Magneten, den magnetischen Fluss, der es einem einzigen Linearmotor ermöglichte, sowohl Auftrieb als auch Vorwärtsschub zu erzeugen, so dass ein Magnetschwebesystem mit einem einzigen Magnetsatz gebaut werden konnte. In der britischen Eisenbahnforschungsabteilung wurde das "Querfluss"-System zusammen mit Teams verschiedener Tiefbauunternehmen zu einem funktionierenden System entwickelt.

Der erste kommerzielle Magnetschwebebahn-Personenverkehrsmittel wurde 1984 in der Nähe von Birmingham, England, offiziell eröffnet. Er verkehrte auf einem 600 m hohen Abschnitt der Einschienenbahn zwischen dem Flughafen Birmingham und dem dortigen Bahnhof und fuhr mit Geschwindigkeiten von bis zu 42 km/h. Allerdings war das System recht unzuverlässig und wurde 1995 eingestellt.

In 10 Minuten vom Münchner Hauptbahnhof ...

Auch in Deutschland war man von der schwebenden Fortbewegungstechnik fasziniert und schon 1969 begannen die Planungen für den deutschen Transrapid im Emsland - 1987 wurden die Tests abgeschlossen und 1991 wurde das System technisch zugelassen, konnte sich aber gegen den konventionellen ICE nicht durchsetzen - trotzdem der damalige bayerische Ministerpräsident Stoiber all seine sprachliche Finesse in eine Rede über die Vorzüge des Transrapid einfließen ließ.

Konkurrenzfähig und umweltfreundlicher?

Das große Problem der Magnetschwebebahn ist zuallererst kein technisches - sondern ein logistisches. Um eine funktionierende Infrastruktur mit Fahrwegen zu bauen, müssten Unmengen an Geldern und auch Zeit investiert werden. Da ein funktionierendes, engmaschiges Schienennetz schon vorhanden ist, ist das unrealistisch.

Die hohen erreichbaren Geschwindigkeiten machen die Magnetschwebebahn zum Flugzeug konkurrenzfähig, allerdings würde auch die Lärmbelastung immens steigen. Ein weiteres Problem ist die Atmosphärendichte. Bei hohen Geschwindigkeiten auf Meereshöhe sinkt die Effizienz durch die Luftreibung so weit ab, dass Flugzeuge in großen Höhen effizienter operieren können.

Aber wer weiß, vielleicht bekommt die Technologie in Zukunft woanders eine neue Chance. An Orten die keine existierende Infrastruktur oder dichte Atmosphäre haben.

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Über den Autor

M.A. Bernhard Richter

M.A. Bernhard Richter

Redakteur Online/Print/Video, konstruktionspraxis – Alles, was der Konstrukteur braucht