Magnetschwebebahn

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.

Aufbau der Führungsschienen beim elektromagnetischen Schweben

Aufbau der Führungsschienen beim elektromagnetischen Schweben

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.

Antriebs- und Fahrzeugfeld

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