Sind Magnetschwebebahnen das Verkehrsmittel der Zukunft? Wie funktioniert eine Magnetschwebebahn?

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Schon mehr als zweihundert Jahre sind vergangen, seit die Menschheit die ersten Dampflokomotiven erfand. Allerdings ist der Bahntransport, der Personen und schwere Lasten mit der Kraft von Strom und Dieselkraftstoff transportiert, immer noch weit verbreitet.

Es ist erwähnenswert, dass Ingenieure und Erfinder all die Jahre aktiv daran gearbeitet haben, alternative Fortbewegungsmöglichkeiten zu schaffen. Das Ergebnis ihrer Arbeit waren Züge auf Magnetkissen.

Erscheinungsgeschichte

Die Idee, Züge auf Magnetkissen zu bauen, wurde zu Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts aktiv entwickelt. Allerdings konnte dieses Projekt damals aus verschiedenen Gründen nicht realisiert werden. Die Herstellung eines solchen Zuges begann erst 1969. Damals wurde auf dem Gebiet der Bundesrepublik Deutschland eine Magnetbahn verlegt, auf der ein neues Fahrzeug fahren sollte, das später Magnetschwebebahn genannt wurde. Es wurde 1971 in Betrieb genommen. Die erste Magnetschwebebahn namens Transrapid-02 fuhr auf der Magnetschiene.

Eine interessante Tatsache ist, dass deutsche Ingenieure auf der Grundlage der Aufzeichnungen des Wissenschaftlers Hermann Kemper, der 1934 ein Patent zur Bestätigung der Erfindung des Magnetflugzeugs erhielt, ein alternatives Fahrzeug konstruierten.

„Transrapid-02“lässt sich kaum sehr schnell aufrufen. Er konnte sich mit einer Höchstgeschwindigkeit von 90 Kilometern pro Stunde fortbewegen. Auch die Kapazität war gering - nur vier Personen.

1979 wurde ein fortschrittlicheres Magnetschwebebahnmodell entwickelt. Dieser „Transrapid-05“genannte Zug konnte bereits 68 Fahrgäste befördern. Er bewegte sich entlang der Linie in der Hamburger City, deren Länge 908 Meter betrug. Die Höchstgeschwindigkeit, die dieser Zug entwickelte, betrug fünfundsiebzig Kilometer pro Stunde.

Im selben Jahr 1979 wurde in Japan ein weiteres Magnetschwebebahn-Modell herausgebracht. Sie wurde "ML-500" genannt. Der japanische Zug auf einem Magnetkissen entwickelte eine Geschwindigkeit von bis zu fünfhundertsiebzehn Stundenkilometern.

Wettbewerbsfähigkeit

Die Geschwindigkeit, die Magnetkissenzüge entwickeln können, kann mit der Geschwindigkeit von Flugzeugen verglichen werden. In dieser Hinsicht kann diese Transportart zu einer ernsthaften Konkurrenz für Flugrouten werden, die in einer Entfernung von bis zu tausend Kilometern verkehren. Der weit verbreitete Einsatz von Magnetschwebebahnen wird dadurch behindert, dass sie sich nicht auf herkömmlichen Eisenbahnoberflächen bewegen können. Züge auf Magnetkissen müssen spezielle Autobahnen bauen. Und dies erfordert eine große Kapitalinvestition. Es wird auch angenommen, dass das für Magnetschwebebahnen erzeugte Magnetfeld negative Auswirkungen haben kanndes menschlichen Körpers, was die Gesundheit des Fahrers und der Bewohner von Regionen in der Nähe einer solchen Route beeinträchtigen wird.

Funktionsprinzip

Magnetkissenzüge sind ein besonderes Verkehrsmittel. Während der Fahrt scheint die Magnetschwebebahn über den Gleisen zu schweben, ohne sie zu berühren. Dies liegt daran, dass das Fahrzeug durch die Kraft eines künstlich erzeugten Magnetfelds gesteuert wird. Während der Bewegung der Magnetschwebebahn gibt es keine Reibung. Die Bremskraft ist der Luftwiderstand.

Wie funktioniert es? Jeder von uns kennt die grundlegenden Eigenschaften von Magneten aus dem Physikunterricht der sechsten Klasse. Bringt man zwei Magnete mit ihren Nordpolen zusammen, stoßen sie sich ab. Es entsteht ein sogenanntes Magnetkissen. Beim Verbinden verschiedener Pole ziehen sich die Magnete an. Dieses recht einfache Prinzip liegt der Bewegung der Magnetschwebebahn zugrunde, die in unbedeutendem Abstand von den Schienen buchstäblich durch die Luft gleitet.

Aktuell sind bereits zwei Technologien entwickelt worden, mit deren Hilfe ein Magnetkissen oder eine Aufhängung aktiviert wird. Die dritte ist experimentell und existiert nur auf dem Papier.

Elektromagnetische Aufhängung

Diese Technologie wird EMS genannt. Sie basiert auf der Stärke des elektromagnetischen Feldes, die sich im Laufe der Zeit ändert. Es bewirkt eine Levitation (Aufstieg in die Luft) der Magnetschwebebahn. Für die Bewegung des Zuges sind hierbei T-förmige Schienen erforderlich, die aus zLeiter (normalerweise aus Metall). Auf diese Weise ähnelt der Betrieb des Systems einer konventionellen Eisenbahn. Allerdings sind im Zug statt Radpaaren Trag- und Führungsmagnete verbaut. Sie sind parallel zu den ferromagnetischen Statoren angeordnet, die sich entlang der Kante des T-förmigen Stegs befinden.

Der Hauptnachteil der EMS-Technologie ist die Notwendigkeit, den Abstand zwischen dem Stator und den Magneten zu kontrollieren. Und dies, obwohl es von vielen Faktoren abhängt, einschließlich der instabilen Natur der elektromagnetischen Wechselwirkung. Um ein plötzliches Anh alten des Zuges zu vermeiden, sind spezielle Batterien eingebaut. Sie sind in der Lage, die in den Tragmagneten eingebauten Lineargeneratoren wieder aufzuladen und so den Schwebeprozess lange aufrechtzuerh alten.

EMS-Züge werden von einem beschleunigungsarmen Synchron-Linearmotor gebremst. Es wird durch Stützmagnete sowie die Fahrbahn dargestellt, über der die Magnetschwebebahn schwebt. Die Geschwindigkeit und der Schub der Zusammensetzung können durch Ändern der Frequenz und Stärke des erzeugten Wechselstroms gesteuert werden. Um langsamer zu werden, ändern Sie einfach die Richtung der magnetischen Wellen.

Elektrodynamische Federung

Es gibt eine Technologie, bei der die Bewegung der Magnetschwebebahn auftritt, wenn zwei Felder interagieren. Einer von ihnen wird in der Autobahn-Leinwand erstellt, und der zweite wird an Bord des Zuges erstellt. Diese Technologie wird EDS genannt. Auf seiner Basis wurde eine japanische Magnetschwebebahn JR–Maglev gebaut.

Dieses System hat einige Unterschiede zu EMS, wogewöhnliche Magnete, denen von den Spulen nur dann elektrischer Strom zugeführt wird, wenn Strom angelegt wird.

EDS-Technologie impliziert eine konstante Stromversorgung. Dies tritt auch dann auf, wenn die Stromversorgung ausgesch altet ist. In den Spulen eines solchen Systems ist eine kryogene Kühlung installiert, die erhebliche Mengen an Strom spart.

Vor- und Nachteile der EDS-Technologie

Die positive Seite eines Systems, das auf einer elektrodynamischen Federung läuft, ist seine Stabilität. Selbst eine geringfügige Verringerung oder Vergrößerung des Abstands zwischen den Magneten und der Leinwand wird durch die Abstoßungs- und Anziehungskräfte reguliert. Dadurch kann sich das System in einem unveränderten Zustand befinden. Bei dieser Technologie entfällt der Einbau einer Steuerelektronik. Es sind keine Geräte erforderlich, um den Abstand zwischen der Bahn und den Magneten einzustellen.

EDS-Technologie hat einige Nachteile. Daher kann die zum Schweben der Zusammensetzung ausreichende Kraft nur bei hoher Geschwindigkeit entstehen. Deshalb sind Magnetschwebebahnen mit Rädern ausgestattet. Sie liefern ihre Bewegung mit Geschwindigkeiten von bis zu hundert Kilometern pro Stunde. Ein weiterer Nachteil dieser Technologie ist die Reibungskraft, die bei niedrigen Geschwindigkeiten an der Vorder- und Rückseite der abstoßenden Magnete entsteht.

Aufgrund des starken Magnetfeldes im Fahrgastbereich ist ein besonderer Schutz erforderlich. Andernfalls darf eine Person mit einem Herzschrittmacher nicht reisen. Auch magnetische Speichermedien (Kreditkarten und HDD) müssen geschützt werden.

EntwickeltTechnologie

Das dritte System, das derzeit nur auf dem Papier existiert, ist die Verwendung von Permanentmagneten in der EDS-Variante, die keine Energie benötigen, um aktiviert zu werden. Bis vor kurzem glaubte man, dass dies unmöglich sei. Die Forscher glaubten, dass Permanentmagnete keine solche Kraft haben, die den Zug zum Schweben bringen könnte. Dieses Problem wurde jedoch vermieden. Um es zu lösen, wurden die Magnete in der Halbach-Anordnung platziert. Eine solche Anordnung führt zur Erzeugung eines Magnetfelds nicht unter dem Array, sondern darüber. Dies trägt dazu bei, dass der Zug auch bei einer Geschwindigkeit von etwa fünf Kilometern pro Stunde in der Schwebe bleibt.

Dieses Projekt hat noch keine praktische Umsetzung erfahren. Dies liegt an den hohen Kosten von Arrays aus Permanentmagneten.

Würde der Magnetschwebebahnen

Die attraktivste Seite von Magnetschwebebahnen ist die Aussicht, hohe Geschwindigkeiten zu erreichen, mit denen Magnetschwebebahnen in Zukunft sogar mit Düsenflugzeugen konkurrieren können. Diese Art des Transports ist recht sparsam im Stromverbrauch. Auch die Kosten für den Betrieb sind gering. Möglich wird dies durch die fehlende Reibung. Erfreulich ist auch die geringe Geräuschentwicklung von Magnetschwebebahnen, die sich positiv auf die Umweltsituation auswirken wird.

Fehler

Der Nachteil von Magnetschwebebahnen ist, dass es zu viel kostet, sie herzustellen. Auch die Ausgaben für die Gleisinstandh altung sind hoch. Darüber hinaus erfordert das betrachtete Transportmittel ein komplexes und ultrapräzises SchienensystemGeräte, die den Abstand zwischen der Leinwand und den Magneten kontrollieren.

Projektumsetzung in Berlin

In der deutschen Hauptstadt fand in den 1980er Jahren die Eröffnung der ersten Magnetschwebebahn namens M-Bahn statt. Die Länge der Leinwand betrug 1,6 km. An Wochenenden verkehrte eine Magnetschwebebahn zwischen drei Metrostationen. Die Fahrt für Passagiere war kostenlos. Nach dem Fall der Berliner Mauer hat sich die Einwohnerzahl der Stadt fast verdoppelt. Es erforderte die Schaffung von Verkehrsnetzen mit der Fähigkeit, einen hohen Personenverkehr zu gewährleisten. Deshalb wurde 1991 die Magnetleinwand demontiert und an ihrer Stelle mit dem Bau der U-Bahn begonnen.

Birmingham

In dieser deutschen Stadt verkehrte von 1984 bis 1995 eine langsame Magnetschwebebahn. Flughafen und Bahnhof. Die Länge des magnetischen Pfades betrug nur 600 m.

Die Straße war zehn Jahre lang in Betrieb und wurde aufgrund zahlreicher Beschwerden von Fahrgästen über die bestehenden Unannehmlichkeiten geschlossen. In der Folge ersetzte die Einschienenbahn in diesem Abschnitt die Magnetschwebebahn.

Shanghai

Die erste Magnetstraße in Berlin wurde von der deutschen Firma Transrapid gebaut. Das Scheitern des Projekts schreckte die Entwickler nicht ab. Sie setzten ihre Forschungen fort und erhielten einen Auftrag von der chinesischen Regierung, die den Bau einer Magnetschwebebahn im Land beschloss. Diese Hochgeschwindigkeitsstrecke (bis zu 450 km/h) verband Shanghai und den Flughafen Pudong. Die 30 km lange Straße wurde 2002 eröffnet. Für die Zukunft ist eine Verlängerung auf 175 km geplant.

Japan

In diesem Land fand 2005 eine Ausstellung stattExpo-2005. Bei seiner Eröffnung wurde eine 9 km lange Magnetbahn in Betrieb genommen. Es gibt neun Stationen auf der Linie. Die Magnetschwebebahn bedient das an den Ausstellungsort angrenzende Gebiet.

Magnetschwebebahnen gelten als Transportmittel der Zukunft. Bereits 2025 soll in einem Land wie Japan eine neue Autobahn eröffnet werden. Die Magnetschwebebahn wird Passagiere von Tokio zu einem der Bezirke im zentralen Teil der Insel befördern. Seine Geschwindigkeit wird 500 km/h betragen. Etwa fünfundvierzig Milliarden Dollar werden benötigt, um das Projekt umzusetzen.

Russland

Die Schaffung eines Hochgeschwindigkeitszuges ist auch von der Russischen Eisenbahn geplant. Bis 2030 soll eine Magnetschwebebahn in Russland Moskau und Wladiwostok verbinden. Die Passagiere werden die Strecke von 9300 km in 20 Stunden überwinden. Die Geschwindigkeit der Magnetschwebebahn wird bis zu fünfhundert Kilometer pro Stunde erreichen.