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TECHNOLOGIEGESCHICHTE, TECHNOLOGIE, OBJEKTE UM UNS
Magnetoplane. Geschichte der Erfindung und Produktion
Verzeichnis / Die Geschichte der Technik, Technik, Objekte um uns herum Eine Magnetschwebebahn, Magnetschwebebahn oder Magnetschwebebahn (aus dem Englischen Magnetic Levitation – „Magnetschwebebahn“) ist eine über dem Straßenbett gehaltene Bahn, die durch die Kraft eines elektromagnetischen Feldes angetrieben und gesteuert wird. Ein solcher Zug berührt im Gegensatz zu herkömmlichen Zügen während der Fahrt nicht die Schienenoberfläche. Da zwischen dem Zug und der Gleisoberfläche ein Spalt besteht, entfällt die Reibung zwischen ihnen und die einzige Bremskraft ist der Luftwiderstand. Bezieht sich auf den Einschienenbahntransport (allerdings kann statt einer Magnetschiene auch ein Kanal zwischen den Magneten angeordnet werden – wie bei der JR-Maglev).
Das Magnetoplane ist ein ernsthafter Versuch, mit der Luftfahrt zu konkurrieren. Bei aller Geschwindigkeit von Flugzeugen werden Flugplätze normalerweise weit vom Zentrum entfernt gebaut, sodass es weitere 1,5 bis 2 Stunden dauert, um sie zu erreichen. Gleichzeitig sind Bahnhöfe viel bequemer. Natürlich ist es nicht einfach, einen konventionellen Zug zu konstruieren, der mit einem Flugzeug konkurrieren kann. Schon allein, weil bei einer Geschwindigkeit von 500 Kilometern pro Stunde Fliehkräfte drohen, die Räder zu brechen. Es gibt nur einen Ausweg - die Räder aufzugeben. Der Begründer der Kosmonautik, Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky, schlug bereits 1927 vor, ein Luftkissenfahrzeug zu bauen. Viele Jahre vergingen, bis französische Ingenieure in den 1960er Jahren versuchten, diese Idee umzusetzen. Der Versuch blieb jedoch erfolglos. Mit wahnwitziger Geschwindigkeit raste das Experimentalauto über die Betonrutsche und erfüllte die Umgebung mit dem wilden Dröhnen zweier Flugzeugtriebwerke, von denen eines ein Luftpolster erzeugte, während das zweite für den Horizontalschub „zuständig“ war. Wenn man die strengen Umweltauflagen in Europa kennt, kann man vermuten, dass schon ein Geräusch ausreichte, um das Projekt zu beenden. Aus dem gleichen Grund haben übrigens Lokomotiven mit Strahltriebwerken und sogar mit viel leiseren Gasturbinentriebwerken keine Anwendung gefunden. Leistungsstarke Kompressoren können ein Luftpolster erzeugen, doch wo finden sich die passenden Motoren für ihre Arbeit. Diesel verbrauchen zu viel Sprit. Es gibt noch keine autonomen Elektromotoren, die für den Einbau in Transportfahrzeuge dieser Klasse geeignet sind. Glücklicherweise wurde ein anderer Weg gefunden und anscheinend der optimale: den Zug über (oder unter) die Schienen zu "hängen". Diese Lösung wurde 1934 vom deutschen Ingenieur Hermann Kemper gefunden. Er nannte seine Erfindung die magnetische Aufhängung. Die Wirkungsweise der Kemper-Aufhängung basiert auf dem bekannten Prinzip – gleiche Pole von Magneten stoßen sich ab. Am einfachsten lässt sich die Idee umsetzen, indem sowohl das Gleis als auch die Unterseite des Zuges mit Permanentmagneten mit entsprechender Ausrichtung der Pole ausgelegt werden. Die Traktion wird durch einen linearen Elektromotor erzeugt. Ein solcher Motor hat einen besonderen Rotor und Stator. Anders als bei einem herkömmlichen Elektromotor, wo sie zu Ringen gefaltet werden, werden sie hier zu Streifen gespannt. Die Statorwicklungen werden nacheinander eingeschaltet und erzeugen ein wanderndes Magnetfeld. In dieses Feld wird der an der Lokomotive befestigte Stator eingezogen und bewegt den gesamten Zug. Eine solche Leine mit Permanentmagneten ist jedoch teuer und ihre Hubkraft ist gering. Eine andere Möglichkeit bietet sich an - Elektromagnete im Zug und auf den Schienen einzusetzen. Aber auch hier ist es irrational, die Gleiswicklungen ständig unter Spannung zu halten. Das bedeutet, dass nur die Spulen mit Energie versorgt werden müssen, über denen sich der Zug gerade befindet. Ein ausreichend starkes Magnetfeld der Zusammensetzung leitet Strom in den Gleiswicklungen. Im Gegenzug erzeugen sie ein Magnetfeld. Eine andere Möglichkeit, das Problem zu lösen, besteht darin, den Pfad mit einer Legierung mit niedrigem elektrischem Widerstand zu bedecken. In der Legierung treten Induktionsströme auf, die völlig ausreichen, um ein starkes Magnetfeld zu erzeugen.
In Deutschland, den USA, Japan und Russland wird seit mehr als einem Jahrzehnt an der Erstellung von Magnetoplänen gearbeitet. In der Sowjetunion erschienen Anfang der 1980er Jahre ein experimenteller linearer Streckenabschnitt und ein Versuchsauto. Über das Experiment hinaus ging die Sache jedoch nicht. So blieben die Ideen in den Projekten, die Moskauer Flughäfen Sheremetyevo und Domodedovo mit dem Central Air Terminal sowie die Route von Eriwan zum Erholungsgebiet am Ufer des Sevan-Sees zu verbinden. Die größten Erfolge erzielten die Deutschen und die Japaner. An der Umsetzung des Transrapid-Programms waren die deutschen Firmen Henschel und Thyssen beteiligt. Bis Mitte der 1980er Jahre wurde eine Versuchsstrecke mit einem linearen und zwei Ringabschnitten gebaut. Es testete einen Zug, der eine Geschwindigkeit von 500 Stundenkilometern erreichte. Außerdem wurden Gleisbauwerke, Weichen, Bahnhofsbauwerke und Sicherheitssysteme getestet. Je nach Entfernung und beabsichtigten Strecken wurden zwei Varianten von Zügen betrachtet. Um Städte mit Flughäfen zu verbinden, sind Zweiwagen für 164 Personen und für Überlandfahrten geräumigere Zehnwagen für 820 Personen erforderlich. Die Macher von "Transrapid" überraschten mich mit einem einfachen und gleichzeitig unerwarteten magnetischen Aufhängungsschema. Deutsche Designer fanden eine paradoxe Lösung: Sie nutzten nicht die Abstoßung gleicher Pole, sondern die Anziehungskraft gegensätzlicher. Es ist nicht schwierig, eine Last über einen Magneten zu hängen, und dieses System ist stabil. Es ist fast unmöglich, eine Last unter einem Magneten zu platzieren. Die Situation ändert sich radikal, wenn ein gesteuerter Elektromagnet verwendet wird. Ein wachsames Kontrollsystem hält den Abstand zwischen den Magneten konstant - wenige Millimeter. Es lohnt sich, die Lücke zu wechseln, und das System reagiert schnell. Wenn der Abstand zunimmt, erhöht er die Stromstärke in den Trägermagneten und "zieht" damit das Auto, und wenn er abnimmt, verringert er die Stromstärke und der Abstand vergrößert sich. Es sollte auf die ernsthaften Vorteile des Systems hingewiesen werden. Gleismagnetelemente sind vor Witterungseinflüssen geschützt, außerdem ist ihr Feld aufgrund des um eine Größenordnung kleineren Abstands zwischen Gleis und Zug viel schwächer. Dies bedeutet, dass Ströme mit viel geringerer Stärke erforderlich sind. Dadurch ist ein Zug dieser Bauart wesentlich wirtschaftlicher. Die Trägermagnete werden von Bordbatterien angetrieben, die an jeder Station aufgeladen werden. Der elektrische Linearmotor wird nur in dem Abschnitt bestromt, den der Zug passiert. Aber bei allen Erfolgen Deutschlands fahren oder fliegen die schnellsten Züge in Japan. Sie werden manchmal als „Magnetschwebebahn“ bezeichnet (von der Abkürzung und Zusammenführung zweier Wörter – Magnetschwebebahn). Diese Züge, die die Schienen nicht berühren, sind immer noch eine der effizientesten Formen des öffentlichen Oberflächenverkehrs in Japan. Der absolute Rekord der Magnetschwebebahn liegt bei 531 Stundenkilometern für einen manuell betriebenen Zug und 550 Stundenkilometern für einen Zug, der von einem Autopiloten gesteuert wird. Alle Tests von Magnetschwebebahnen werden 1997 auf einer speziellen Strecke Linie für Linie in der Präfektur Yamanashi durchgeführt. Autor: Musskiy S.A.
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