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Das japanische Magnetschwebesystem basiert auf dem Prinzip des elektrodynamisches Schweben (EDS). Es sind supraleitende Magnetspulen im Fahrweg (Abbildung 2) angeordnet, die das Antreiben und Führen übernehmen. Die aus der Supraleitung resultierenden sehr hohen magnetischen Felder zwingen zum Verzicht auf Eisen beim Antrieb. Wie der Name des Schwebeprinzipes schon besagt, ist Dynamik - also eine ungefähre Mindestgeschwindigkeit von 100 km/h - notwendig, ab der sich ausreichende abstoßende Tragkräfte ergeben. Das heißt, zum Starten und Landen benötigt dieses System zusätzliche Räder, die der Luftfahrttechnik angelehnt sind. Im Gegensatz dazu ist der deutsche Transrapid in der Lage auch im Stand zu Schweben. Das ist nicht unbedingt ein Nachteil des japanischen Maglev Express (MLX bzw. MLU), denn im Havariefall lässt sich ein solches mit Rädern ausgestattetes Fahrzeug relativ einfach bergen.
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| Abbildung 1: Maglev Express (MLX 01) | Abbildung 2: Antriebs- und Führspulen
in U-förmigen Fahrweg (Bild vergößern) |
Die Hauptkomponente des Linearantriebes in Langstatorbauweise ist im Fahrweg untergebracht. Damit muss keine Antriebsenergie (bzw. nur die Erregungsenergie) auf Fahrzeug übertragen werden. Wird dieses System zusätzlich mit einem Lineargenerator zur Versorgung des Bordnetzes kombiniert, kann der sonst übliche Stromabnehmer entfallen und eine vollkommen berührungslose Fahrweise ist möglich. Beim System Transrapid ist dieser Lineargenerator in den Tragmagneten integriert.
Da der Motor im Fahrweg – also stationär ist – können damit die Fahrzeuge relativ leicht gebaut werden. Die Antriebsleistung kann der jeweiligen Geländeform individuell angepasst werden. Die Trassierung eines derartigen Systems kann folglich wesentlich umweltverträglicher vorgenommen werden als bei der konventionellen Rad/Schienen-Technik. Durch die lokalen Optimierungsmöglichkeiten eines Langstatorantriebes zu Anpassung an topologische Gegebenheiten werden auch weniger Kunstbauten benötigt.
Der erforderliche Fahrweg (inkl. Statorwicklung, Unterwerke, usw.) ist im Vergleich zu allen anderen Varianten mit sehr hohen (Investitions-)Kosten verbunden. Die Betriebskosten, die im Wesentlichen durch den Verschleiß bestimmt werden, sind dagegen relativ gering. Zur Senkung der Verluste und Erhöhung des Wirkungsgrades des Langstators werden die (stationären) Wanderfeldwicklungen in einzelne Abschnitte unterteilt. Bei Überfahrt der Motorabschnitte werden jeweils nur die gespeist, welche sich in unmittelbarer Nähe zum Fahrzeug befinden. Die vier unterschiedlichen Motorabschnittschaltverfahren
werden in der Rubrik zum Transrapid eingehend erläutert. Die Motorabschnittslänge wird auch maßgeblich durch das Betriebskonzept bestimmt. Durch die daraus resultierenden Unterwerksabstände wird der minimal mögliche Takt festgelegt. Ein Langstatormotorabschnitt kann (bei passivem Fahrzeug wie System Transrapid) nur von einem Fahrzeug besetzt sein.
Der synchrone Linearmotor beim System Transrapid hat durch den relativ geringen (im Vergleich zum asynchronen Linearmotor) Luftspalt von ca. 10 mm einen geringen Blindleistungsbedarf und damit einen relativ hohen Leistungsfaktor. Wie bei jeder herkömmlichen rotierenden Synchronmaschine kann auch bei linearer Bauform die Betriebsart (z. B. Übererregung) – je nach Anforderung - einfach variiert werden.
Die Steuerung der synchronen Geschwindigkeit erfolgt in der Praxis über die synchrone Wanderfeldfrequenz, zwischen denen eine direkte Proportionalität besteht.
Beim System Transrapid sind die Funktionen von Antreiben und Tragen kombiniert. Das Felderregersystem besteht im Gegensatz zum asynchronen Linearmotor (passive Reaktionsschiene) aus aktiven Bauteilen, das heißt die erregenden (Trag-)Magnete benötigen einen Energieversorgung und müssen geregelt werden. Die Erregung des synchronen Linearmotor beim Transrapid wird ausschließlich durch die Gewichtskraft des Fahrzeuges bestimmt. Der Transrapid ist durch dieses Prinzip des elektromagnetischen Schweben (EMS) in der Lage, auch im Stand bei v = 0 km/h zu Schweben.
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| Abbildung 3: Schwebeprinzipien EMS und PMS |
Bei der M-Bahn, die in Berlin zu Testzwecken betrieben wurde, kam das permanentmagnetische Schweben zu Anwendung. Es wurden keine elektrisch geregelten Tragmagnete eingesetzt, sondern lediglich Permanentmagnete, deren Lage an den Haltepunkten mechanisch angepasst wurde. Diese Variante ist aufgrund der sehr eingeschränkten Regelmöglichkeiten für hohe Geschwindigkeiten nicht geeignet. Beiden System ist gemeinsam, dass sie anziehende Tragkräfte ausüben. Im Unterschied dazu beruht das japanische elektrodynamische Prinzip auf abstoßenden Kräften. Der Einsatz von Permanentmagneten ist im Vergleich zu den aufwendigen Elektromagneten wesentlich kostengünstiger. Eine bisher noch nicht realisierte könnte EMS und PMS kombinieren und damit Kosten senken. Die Grundtragkraft könnte mittels Permanentmagnete fest installiert werden. Die Anpassung während der Fahrt und an den Haltepunkten müßte dann über kleinere Elektromagnete erfolgen.
Abbildung 4: Trag-, Führ- und Antriebskomponenten beim System
Transrapid (Quelle: TRI)
Der Transrapid wirkt mit seinen gleichmäßig verteilten Tragmagneten wie eine Flächenlast auch den Fahrweg. Die konventionelle Bahntechnik konzentriert mit dem Rad/Schiene-Kontakt die Belastungen nahezu punktförmig. Das berührungslose Schweben verringert zwar den Verschleiß und damit die Betriebskosten, ist aber nicht als verschleißfrei zu betrachten.