Bei
der Magnetschwebebahn übernehmen magnetische Kräfte die Aufgaben,
die bei der herkömmlichen Eisenbahn Schiene und Räder erfüllen:
Sie tragen das Gewicht des Zuges, sorgen für seitliche Führung
und übertragen die Antriebs- und Bremskräfte. Zu unterscheiden
sind dabei drei verschiedene Techniken
des magnetischen Schwebens: das elektromagnetische
Schweben (EMS), das seit 1977 in Deutschland weiterentwickelt wird, das
in Japan favorisierte elektrodynamische Schweben (EDS) und das permanentmagnetische
Schweben (PMS).
Am 2. März 1994 wurde nach zehnjährigen eingehenden Studien und
Tests der Bau der ersten Magnetschwebebahn "Transrapid" zwischen
Hamburg und Berlin angekündigt. Nachdem mehrere Nachberechnungen steigende
Investitionskosten ergeben hatten, beschlossen Bundes-regierung, Deutsche
Bahn AG und das beteiligte Industriekonsortium am 5. Februar 2000, den Bau
der Strecke nicht zu realisieren.
Stattdessen wurde 2002 in Schanghai (China) nach sehr kurzer Bauzeit der
Probebetrieb auf einer 31 km langen Strecke in Betrieb genommen. Genutzt
wird dabei der in Deutschland entwickelte Transrapid.
Die Strecke verbindet das Stadtzentrum mit dem Flughafen. Die 31 km lange
Strecke wird in 7 min 40 s zurückgelegt. Die Höchstgeschwindigkeit
des Transrapid liegt bei 430 km/h. Geplant sind auch eine Strecke im Ruhrgebiet
(Metrorapid) und eine Strecke,
die den Flughafen München mit dem Stadtzentrum verbindet.
Ein neuartiges
schienengebundenes Verkehrssystem
Mit der Magnetschwebebahn stößt die Weiterentwicklung der bestehenden
schienengebundenen Verkehrsmittel in neue Dimensionen vor. Magnetische
Kräfte übernehmen nun die Aufgaben, die bei der herkömmlichen
Eisenbahn Schiene und Räder erfüllen: Sie tragen das Gewicht
des Zuges, sorgen für seitliche Führung und übertragen
die Antriebs- und Bremskräfte.
Bereits 1934 hatte sich der Ingenieur HERMANN KEMPER (1892-1977) ein neuartiges
schienengebundenes Fahrzeug patentieren lassen: die Magnetschnellbahn.
Doch für deren technische und wirtschaftliche Umsetzung fehlte damals
die erforderliche Elektronik. So wurde seine Idee erst Mitte der 1960er
Jahre wieder aufgegriffen, als vor allem in Japan, den USA und Deutschland
verschiedene Konzepte für magnetisch getragene und angetriebene Fahrzeuge
entwickelt wurden, deren Vorteile nicht zu übersehen sind: kein Verschleiß
an Fahrzeugen und Schienen; Fahrgeschwindigkeiten bis zu 500 km/h bei
geringem Energieaufwand; hoher Fahrkomfort, da Rollgeräusche und
Stöße entfallen; große Sicherheit, da ein Entgleisen
und Zusammenstöße oder Auffahrunfälle nicht möglich
sind.
Techniken des Schwebens
- Elektromagnetisches Schweben (EMS)
In Deutschland wird seit 1977 das Prinzip
des elektromagnetischen Schwebens (EMS) favorisiert und weiterentwickelt.
EMS beruht auf anziehenden Magnetkräften, die Elektromagnete am Fahrzeug
auf ferromagnetische Reaktionsschienen unter dem Fahrweg ausüben
und durch die das Fahrzeug angehoben wird (Bild 2). Die Elektromagnete
sind an ein elektronisches Regelsystem angeschlossen, das für einen
gleichbleibenden Abstand zwischen Fahrzeug und Fahrweg sorgt. Ändert
sich der etwa zehn Millimeter große Luftspalt, verändern sich
auch die Magnetkräfte entsprechend. Die Elektromagnete sitzen auf
dem waagerecht nach innen weisenden Teil von L-förmigen Metallbändern,
die an beiden Seiten am Wagenboden angebracht sind und die Außenränder
des Fahrwegs umfassen (Bild 2). Sie bestehen aus den Tragmagneten, die
das Fahrzeug anheben, und den Führmagneten, die es seitlich in der
Spur halten. Steht das Fahrzeug still, setzt es mit Kufen auf dem Fahrweg
auf.
Der Antrieb erfolgt über
einen Linearmotor (Langstator),
dessen aktiver Teil im Fahrweg liegt; das heißt, in den Fahrweg sind
Stromwicklungen eingelassen, die mit Drehstrom
gespeist werden und ein bewegliches magnetisches Feld erzeugen (Bild 3).
Dieses Feld, ein elektromagnetisches
Wanderfeld, schreitet mit einer Geschwindigkeit vorwärts, die der
Zuggeschwindigkeit entspricht, und zieht dabei das Fahrzeug an seinen Tragmagneten
mit. Zur Regelung von Kraft und Geschwindigkeit sind Amplitude und Frequenz
des Drehstroms stufenlos einstellbar. Durch Erhöhen der Geschwindigkeit,
mit der das magnetische Feld vorwärts wandert, wird das Fahrzeug beschleunigt.
Das Bremsen erfolgt durch Umpolung des Magnetfeldes. Das gesamte Antriebssystem
kann als ein riesiger Elektromotor angesehen werden, der "aufgeschnitten"
und über den gesamten Fahrweg gestreckt wird. Ein Teil des Motors -
beim Elektromotor Stator genannt -befindet sich im Fahrweg, der andere -
beim Elektromotor als Läufer oder Rotor bezeichnet - wird durch das
Fahrzeug gebildet. Während eine herkömmliche Lokomotive stets
einen Antrieb mit gleichbleibender Leistung mitführt, kann die Antriebsleistung
der Magnetschwebebahn den Streckengegebenheiten angepasst werden: Auf Bergstrecken
können die Wicklungen im Fahrweg für höhere Leistung ausgelegt
werden, auf ebenen Strecken kann dagegen eine geringere Antriebsleistung
installiert werden.
Elektrodynamisches Schweben (EDS)
Das elektrodynamische Schweben (EDS), das auf abstoßenden Magnetkräften
basiert, wurde vor allem in Japan weiterentwickelt. Beim EDS erzeugen Magnetspulen
am Fahrzeug starke Magnetfelder, die während der Bewegung entsprechend
hohe Ströme in den Reaktionsspulen der Fahrbahn hervorrufen. Dabei
entstehen magnetische Gegenfelder, die abstoßende Kräfte und
damit den Luftspalt von etwa zehn Zentimeter zwischen Fahrbahn und Fahrzeug
bewirken. Die notwendigen Feldstärken werden durch supraleitende, mit
flüssigem Helium gekühlte Magnetspulen erreicht. Da zum Aufbau
der Magnetfelder eine Mindestgeschwindigkeit vorhanden sein muss, benötigt
dieses System zum Anfahren und Halten Räder. Darüber hinaus müssen
die Fahrgasträume aufwendig gegen die starken elektromagnetischen Felder
abgeschirmt werden.
Permanentmagnetisches Schweben (PMS)
Beim permanentmagnetischen Schweben (PMS) werden die abstoßenden
Kräfte gleichnamiger Pole von Dauermagneten für die Tragfunktion
genutzt. Aus physikalischen Gründen kann die Spurführung nicht
permanentmagnetisch ausgeführt werden. Bislang wurde dieses System
nicht weiterentwickelt.
Transrapid - Zukunft in Deutschland
ungewiss
Anstoß für die Entwicklung der Magnetbahn in Deutschland war
die 1969 vom Bundesverkehrsministerium veranlasste "Hochleistungsschnellbahn-Studie",
die unter anderem klären sollte, mit welchen Systemen das steigende
Verkehrsaufkommen am besten zu bewältigen sei. In den Folgejahren
wurden die unterschiedlichen technischen Möglichkeiten für Schwebesystem
und Antrieb entwickelt und erprobt, bis 1977 die Entscheidung zugunsten
des elektromagnetischen Prinzips (EMS) mit Langstatorantrieb fiel. Bereits
zwei Jahre später wurde auf der Internationalen Verkehrsausstellung
in Hamburg der Transrapid 05 öffentlich vorgestellt. Er transportierte
auf einer rund 900 Meter langen Strecke mit einer Reisegeschwindigkeit
von 75 km/h in sechs Monaten etwa 50.000 Besucher.
Zur Erprobung und Optimierung der Technologie, vor allem aber um größere
Erfahrung mit höheren Geschwindigkeiten zu gewinnen, wurde 1984 im
Emsland eine 31,5 Kilometer lange Teststrecke
in Betrieb genommen. Die Tests entwickelten sich positiv, und 1991 stellten
die Deutsche Bundesbahn und führende Hochschulinstitute die technische
Einsatzreife des Transrapid fest. Als erste Strecke, auf der die Magnetschwebebahn
zum Einsatz kommen sollte, wurde 1992 die Verbindung Hamburg-Berlin in
den Bundesverkehrswegeplan aufgenommen; der endgültige Baubeschluss
wurde am 2. März 1994 von der damaligen Bundesregierung bekannt gegeben.
Die Gesamtinvestitionen wurden auf 8,9 Milliarden DM beziffert. Die Fahrzeit
auf der 283 Kilometer langen Strecke sollte etwa eine Stunde betragen,
das Passagieraufkommen wurde auf 14,5 Millionen Fahrgäste pro Jahr
geschätzt.
Erstmals im April 1997 räumte der damalige Bundesverkehrsminister
MATTHIAS WISSMANN ein, dass mit einer Steigerung der Investitionskosten
um rund 900 Millionen DM gerechnet werden müsse. Ein Jahr später,
im Oktober 1998, hatte sich dieser Betrag bereits auf 2,8 Milliarden DM
erhöht. Gleichzeitig weigerte sich der Bund, diese zusätzlichen
Kosten zu übernehmen. Nachdem neuerliche Berechnungen im Juni 1999
die Kosten allein für den Bau der Trasse mit 9 Milliarden DM statt
bislang 6,1 Milliarden DM veranschlagt hatten und sich die beteiligten
Unternehmen Thyssen, Siemens und Adtranz nicht in der Lage sahen, diese
Finanzlücke zu schließen, mehrten sich die Stimmen gegen das
von Anfang an wegen der unsicheren Wirtschaftlichkeitsberechnungen umstrittene
Projekt.
Denn inzwischen war auch die Zahl der zu erwartenden Fahrgäste
reduziert worden: Statt - wie noch 1997 - von einem geschätzten
Passagieraufkommen von 11,4 bis 15,5 Millionen pro Jahr (zuvor waren 14,5
Millionen genannt worden) ging man im Juli 1999 nur noch von maximal 6,3
Millionen pro Jahr aus. Am 5. Februar 2000 beschlossen dann Bundesregierung,
Deutsche Bahn AG und das Industriekonsortium, den Bau der Strecke nicht
zu realisieren. Ein gewichtiges Argument war auch der problemlos mögliche
Ausbau der bestehenden Schienenstrecke, der die Fahrtzeit auf eineinhalb
Stunden verkürzen könnte: "Und dass man für 20 Minuten
Zeitersparnis zwölf Milliarden Mark ausgeben muss, das will uns nicht
so richtig in den Kopf" (HARTMUT MEHDORN, Vorstandsvorsitzender der
Deutschen Bahn AG). Als mögliche Alternativen in Deutschland stehen
nun Kurzverbindungen des Flughafens München mit den Stadtzentren
und eine Verbindung zwischen Orten des Ruhrgebietes (Metrorapid) zur Diskussion.
Aktueller Stand (August 2003): Die Strecke im Ruhrgebiet wird nicht gebaut.