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Magnetschwebebahn

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Team Realfilm
Magnetschwebebahn
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Grundlagen zum Thema Magnetschwebebahn

Inhalt

Die Magnetschwebebahn in der Physik

Du bist sicher schon häufig mit der S-Bahn, der U-Bahn oder einem ICE gefahren. All diese Züge basieren auf dem Prinzip von Drehstrommotoren, die zu einer Rotation der Räder und damit zur Bewegung der Züge führen. Es gibt aber auch Züge, die nach einem anderen Prinzip funktionieren und nicht einmal Räder haben – die Magnetschwebebahnen. Wir wollen im Folgenden einen kurzen Überblick zu diesem Thema geben.

Wie funktioniert eine Magnetschwebebahn?

Die Unterschiede zwischen Magnetschwebebahnen und normalen Bahnen liegen im Wesentlichen in der Technik, mit der zwei wichtige Aufgaben der Bahn gelöst werden. Das ist zum einen die Führung und zum anderen der Antrieb der Bahn.

Die Führung

Eine normale Bahn wird durch ihre Schienen und Räder geführt. Dir ist sicher schon einmal aufgefallen, dass die Räder einer Eisenbahn nicht etwa wie die Räder von Autos oder Fahrrädern aussehen, sondern eine Kerbe oder einen Falz haben. Diese sorgen dafür, dass die Bahn in der Spur bleibt.

Eine Magnetschwebebahn hingegen schwebt über den Schienen. Dazu hat die Bahn Tragmagnete, die an einem Gestell befestigt sind, das die Schienen der Magnetschwebebahn umgreift.

Magnetschwebebahn Prinzip

An den Schienen sind wiederum Magnete, die die Tragmagnete nach oben in Richtung der Schiene ziehen, sodass zwischen den Polen der beiden Magnete etwa $10~\pu{mm}$ Platz bleibt. So kann die Bahn schwebend, also berührungslos, fahren. Das hat insbesondere zwei Vorteile: Es gibt keine Energieverluste durch Reibung an der Schiene und es gibt eine wesentlich geringere Geräuschentwicklung als bei normalen Bahnen. Seitlich befestigte Führungsmagnete sorgen dafür, die Bahn in der Horizontalen stabil in der Spur zu halten und zu führen – so wie es die Kerben oder Falze bei herkömmlichen Schienen gewährleisten.


Das Antriebssystem

Das Antriebssystem einer Magnetschwebebahn können wir uns wie einen auseinandergeklappten, lang gestreckten Drehstromelektromotor vorstellen. Beim Drehstrommotor werden Magnetfelder periodisch so umgepolt, dass sich das resultierende Magnetfeld dreht. Dadurch wird ein magnetischer Anker in eine Drehbewegung versetzt. Der Antrieb der Magnetschwebebahn funktioniert nach einem ähnlichen Prinzip. Hier werden Magnete an der Führungsschiene so periodisch umgepolt, dass der Zug beschleunigt wird. Hier dreht sich das resultierende Magnetfeld nicht, sondern wandert an der Schiene entlang – deswegen spricht man auch von einem Wanderfeld.

Magnetschwebebahn Arbeitsweise des Antriebs


Magnetschwebebahn – Vor- und Nachteile

In Deutschland konnte sich die Bauweise der Magnetschwebebahn bis heute nicht durchsetzen, wohingegen in China Magnetschwebebahnen bereits seit mehr als zehn Jahren im Einsatz sind. Aber auch in vielen anderen Ländern wird an der Entwicklung von modernen Magnetschwebebahnen geforscht. In Japan beispielsweise erreichte ein als Magnetschwebebahn konzipierter Shinkansen (japanischer Hochgeschwindigkeitszug) bei einer Versuchsfahrt im Jahr 2015 eine Rekordgeschwindigkeit von $603~\pu{km//h}$. Magnetschwebebahnen haben, wie alle technologischen Entwicklungen, Vor- und Nachteile. Ein paar Beispiele haben wir in der folgenden Tabelle aufgelistet.

Vorteile Nachteile
Durch die schwebende Fahrweise gibt es keine Reibung zwischen Bahn und Schiene, wodurch Energie gespart wird und der Verschleiß sehr gering ist. Magnetschwebebahnen können nicht auf herkömmlichen Schienen fahren – es müsste also ein komplett neues Schienennetz gebaut werden.
Magnetschwebebahnen können sehr hohe Geschwindigkeiten erreichen. Für sehr hohe Gewichte wie beim Güterverkehr sind Magnetschwebebahnen nicht geeignet.
Durch die schwebende Fahrweise sind Magnetschwebebahnen im Vergleich zu normalen Zügen sehr leise. Die Elektromagnete von Magnetschwebebahnen müssen im Betrieb aufwendig gekühlt werden.

Kurze Zusammenfassung vom Video Magnetschwebebahn

In diesem Video wird dir die Funktion einer Magnetschwebebahn einfach erklärt. Du lernst die Unterschiede zwischen Magnetschwebebahnen und normalen Zügen kennen und erfährst, welche Vor- und Nachteile sie haben.

Transkript Magnetschwebebahn

In Japan saust der Shinkansen-Hochgeschwindigkeitszug zwischen Städten hin und her. Obwohl er auf Geschwindigkeit und Bequemlichkeit ausgelegt ist, wird auch dieser ungemein moderne Zug von Reibung beeinflusst. Während sich der Zug vorwärts bewegt, drücken seine Räder gegen die Schienen. Der Zug muss ständig gegen diese Reibung ankämpfen. Wenn man schneller fahren will, muss man die Schwerkraft überwinden. In China schwebt der Transrapid Shanghai dank Magneten etwa einen Zentimeter über den Schienen. Starke elektromagnetische Felder bilden sich zwischen den Magneten an der Unterseite des Zugs und denen in den Schienen. Bei dieser Magnetschwebebahn wird keine magnetische Abstoßung genutzt, um den Zug anzuheben, da der Zug dadurch kaum das Gleichgewicht halten könnte. Stattdessen ziehen die Magneten einander an, wodurch der Zug nach oben gehoben wird. Elektromagnetische Generatoren in den Schienen wechseln ihre Ladung, sodass sie die Magneten des Zuges erst anziehen und dann abstoßen. Dadurch wird der Zug nach vorn geschoben und gezogen. Da es keine Reibung zwischen Zug und Schiene gibt, kann der Zug viel schneller fahren als ein herkömmlicher Hochgeschwindigkeitszug. Nur der Luftwiderstand begrenzt seine Höchstgeschwindigkeit. Und da kein mechanischer Motor an Bord benötigt wird, sind nur die Geräusche des Luftwiderstandes zu hören, wenn die Magnetschwebebahn vorbeisegelt. Dieser elegante, elektromagnetische Schlitten lässt seine klappernden mechanischen Cousins alt aussehen.

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