Magnetschwebebahn-„Ein genauerer Blick“

Jeder weiß, dass sich die „gleichen“ Pole zweier Magnete gegenseitig abstoßen.Mit ein wenig Einfallsreichtum ist es möglich, einen Magneten über einem anderen schweben zu lassen, indem man diese Abstoßungskraft und (entscheidend) eine zusätzliche externe Unterstützung nutzt. Die Idee, die elektromagnetische Levitation zur Unterstützung eines sich bewegenden Fahrzeugs zu nutzen, wurde erstmals 1912 von dem französischen Ingenieur Émile Bachelet vorgeschlagen, aber wegen des enormen Bedarfs an elektrischer Energie bald wieder verworfen.

Foto: NASA testet den Prototyp einer Magnetschwebebahn, 2001, mit freundlicher Genehmigung des NASA Marshall Space Flight Center (NASA-MSFC).

In den 1960er Jahren führte die Forschung von Eric Laithwaite über Linearmotoren zu einem erneuten Interesse an der Idee einer magnetisch schwebenden Bahn oder „Magnetschwebebahn“. Dies gab den Anstoß für ein US-Forschungsprogramm und führte zu einem funktionierenden Prototyp, der 1967 in Colorado getestet wurde. Das US-Programm stieß jedoch auf politische Schwierigkeiten und wurde 1975 eingestellt. In den frühen 1990er Jahren gab es einen ehrgeizigen Vorschlag, Las Vegas, Los Angeles, San Diego und San Fransisco mit einer Magnetschwebebahn zu verbinden, aber dieses Projekt ist seither auf weitere politische Probleme gestoßen.

Transrapid

Deutsche Ingenieure stellten 1971 erstmals einen funktionierenden Prototyp her und entwickelten ein Jahr später das Transrapid-System. Streng genommen nutzt der Transrapid die magnetische Anziehung und nicht die magnetische Abstoßung, die normalerweise mit der Magnetschwebebahn in Verbindung gebracht wird: Die Kupfermagnete sind an einer „Schürze“ befestigt, die unter der Stahlschiene verläuft und von dieser nach oben gezogen wird. Mit beträchtlicher Unterstützung der deutschen Regierung wurde der Transrapid schrittweise zu einem funktionsfähigen Zug weiterentwickelt, der Geschwindigkeiten von bis zu 433 km/h erreichen kann. 2004 zahlten sich die jahrzehntelangen Investitionen und Entwicklungen schließlich aus, als der Transrapid das weltweit erste (und bisher einzige) Hochgeschwindigkeitssystem, die Magnetschwebebahn von Shanghai (SMT), in China eröffnete. Obwohl sie derzeit nur auf einem kurzen Streckenabschnitt betrieben wird (nur 31 km lang), gab es mehrere Pläne, sie zu erweitern, die jedoch immer wieder auf Eis gelegt wurden.

Foto: Eine Magnetschwebebahn mit Linearmotortechnik. Bild mit freundlicher Genehmigung des US Department ofEnergy/Argonne National Laboratory

SCMaglev

Die Japaner sind noch kühner und hoffen seit langem, eine Hochgeschwindigkeits-Magnetschwebebahn zu entwickeln, die die 320 Meilen (515 km) von Tokio nach Osakain in nur einer Stunde zurücklegen kann. Im Gegensatz zum deutschen Transrapid handelt es sich bei dem japanischen System um eine echte Magnetschwebebahn: Der Zug schwebt auf der Abstoßungskraft zwischen den Kupfer- oder Aluminiumspulen im Gleis und einer Reihe von heliumgekühlten, supraleitenden Niob-Titan-Magneten in den Wagen (daher der Name SCMaglev, wobei SC für „superconducting“ steht). Der japanische Prototyp ML-500 erreichte 1979 einen Geschwindigkeitsrekord von 513 km/h. Ein späterer Prototyp, der MLU002, wurde 1991 durch ein Feuer zerstört; ein Feuerwehrmann fand offenbar seine Axt, die ihm von einem der supraleitenden Magneten aus der Hand gezogen wurde, als er sich dem brennenden Zug näherte! Trotz dieses Rückschlags ging die Entwicklung weiter. Im Jahr 2015 war der SCMaglev so weit perfektioniert, dass er eine Rekordgeschwindigkeit von 603 km/h erreichte – damit war er das schnellste Schienenfahrzeug der Welt. Obwohl die japanische Regierung den SCMaglev für den kommerziellen Betrieb freigegeben hat, wurde er im Gegensatz zum Transrapid noch nirgendwo auf der Welt auf einer funktionierenden Eisenbahnstrecke eingesetzt. Das wird sich hoffentlich mit der Eröffnung der Chuo Shinkansen SCMaglev-Strecke zwischen Tokio und Nagoya (und eventuell Osaka) ändern, die sich derzeit im Bau befindet und voraussichtlich 2027 in Betrieb genommen wird.

Zukunftsperspektiven

Obwohl die Magnetschwebebahntechnologie weiterhin weltweit auf großes Interesse stößt, ist sie immer noch teurer als der Bau einer herkömmlichen Hochgeschwindigkeitseisenbahn. Aus diesem Grund (und auch, weil sie mit dem bestehenden Schienennetz völlig inkompatibel ist) wird sie wahrscheinlich erst in einigen Jahren auf breiter Front zum Einsatz kommen. Spätestens seit den 1970er Jahren wird die Magnetschwebebahn in Fachzeitschriften und wissenschaftlichen Kinderbüchern als vielversprechende Zukunftstechnologie angepriesen; zumindest in der Vergangenheit war es durchaus möglich, dass die Magnetschwebebahn immer nur am Horizont zu sehen sein wird – ein Zug, der nie wirklich kommt. Auch wenn die Japaner jetzt endlich eine große Magnetschwebebahnlinie bauen, bleibt abzuwarten, ob sie andere Länder davon überzeugen können, sich an der Technologie zu beteiligen.

Kunstwerk: Züge, die von Linearmotoren angetrieben werden, werden seit Jahrzehnten als vielversprechende Technologie angepriesen. Hier ist ein System, das in den 1960er Jahren von Millard Smith und Marion Roberts patentiert wurde und von dem sie behaupteten, dass es „in der Lage ist, Geschwindigkeiten von mehr als 100 Meilen pro Stunde geräuschlos und mit minimalen Vibrationen zu erreichen, und zwar in einer Art und Weise, die jedem derzeit in Betrieb befindlichen kommerziellen Schienenfahrzeug überlegen ist.“ Links: Eine Version ihres Entwurfs verwendet zwei relativ konventionelle Schienen (rot), zwischen denen eine dritte, magnetische Stromschiene (grün) eingefügt ist. Rechts: So funktioniert es: Der Zug (blau, 10) fährt auf Schuhen (orange, 13), die durch ein Druckluftpolster (15) einige Millimeter über den äußeren Schienen (rot, 12) gehalten werden. Die dritte Schiene ist ein Linearmotor mit drahtgewickelten Elektromagneten (21), die an der Unterseite des Zuges angebracht sind, um ihn an der statischen Schiene (11) vorbeizubewegen, die aus Kupfer oder Aluminium besteht. Obwohl dieses System einen Linearmotor verwendet, ist es eigentlich keine Magnetschwebebahn, da der Zug nicht durch Magnetismus in der Schwebe gehalten wird.