Schon im 1994 erschienenen Spiel Transport Tycoon durften wir Magnetschwebebahnen bauen, um unser Verkehrsnetz auf die höchste Stufe zu heben. Die „Zukunft des Schienenverkehrs“ von damals hat es jedoch bislang nur sehr vereinzelt in die Gegenwart geschafft. Woran liegt es, dass Maglev (Magnetic Levitation) bislang gescheitert ist?

In diesen Artikel zeigen wir euch, dass die Technologie noch immer fasziniert, obwohl sie ihren Anfang bereits 1914 nahm. Wir zeigen euch die Vor- und Nachteile des Maglev, die aktuellsten Entwicklungen und wo die Magnetschwebebahn gerade vor dem großen Durchbruch steht. Bei so viel Innovation darf natürlich auch Elon Musk nicht fehlen, der mit seinem Hyperloop den Maglev neu gedacht hat.

Was ist Maglev und wie funktioniert die Magnetschwebebahn?

Bei Magnetschwebebahnen handelt es sich um ein Schienenfahrzeug, dass keinen direkten Kontakt zur Schiene hat, sondern sich durch Magnetfelder in einem Schwebezustand befindet. Dabei macht es sich das Prinzip zu Nutzen, dass sich zwei gleiche magnetische Pole abstoßen und zwei unterschiedliche sich anziehen. Dabei gibt es aktuell zwei unterschiedliche Ansätze.

Bevor wir uns mit den zwei Varianten beschäftigen, erklärt dieses Video der Sendung mit der Maus übrigens sehr gut die allgemeinen Ansätze:

Elektromagnetisches Schweben (EMS)

Beim elektromagnetischen Schweben umgreift der Zug ähnlich eines Achterbahnwagens die Schiene. Im Gegensatz zur Achterbahn allerdings ohne direkten Kontakt zur Schiene. Die Elektromagneten in der Schiene ziehen dabei den festen Tragmagneten des Zuges unterhalb der Schiene an. Dabei schaltet sich der Magnet immer wieder kurzzeitig ab, damit der Zug nicht an die Schiene kommt, sondern eine Schwebezustand mit einem Abstand von 10mm unterhalb des Fahrweges und 15mm oberhalb des Fahrweges hält. Mit diesem Abstand sind auch moderate Mengen Schnee und Laub kein Problem für den Zug. Für eine stabile Führung in der Spur sorgen zudem seitliche Führmagnete, die den Abstand seitlich ebenfalls bei 10mm halten.

Als Antrieb nutzt das EMS-System einen synchronen Langstator-Linearmotor. Der Motor ist dabei allerdings nicht im Fahrzeug, sondern durch die Elektromagnete der Schiene erzeugt. Diese erzeugen ein Magnetfeld, dass sich entsprechend der Frequenz des zugeführten Stromes bewegt. Über die Frequenz lässt sich die Geschwindigkeit des Zuges steuern. Für eine sanfte Fahrt wird das Magnetfeld ständig über Sensoren perfekt auf den Zug abgestimmt. Da die Strecke in viele Stromabschnitte unterteilt ist, muss nicht die ganze Strecke, sondern nur relevante Abschnitte mit Strom versorgt werden.

Linearmotoren werden übrigens auch für einige Achterbahnen genutzt, die direkt aus ihrer Station auf Höchstgeschwindigkeit gebracht werden. Dazu zählt unter anderem die beliebte Achterbahn Blue Fire im Europa-Park, dessen Magneten die Bahn innerhalb von 2,5 Sekunden auf 100 Kilometer pro Stunde beschleunigen. Allerdings schwebt sie dabei nicht.

Elektrodynamisches Schweben (EDS)

Das Elektrodynamische Schweben ist ein deutlich neuerer Ansatz, der unter anderem für die aktuell in Japan entstehende Strecke, aber auch für den Hyperloop (dazu später mehr) genutzt wird. Im Gegensatz zum Elektromagnetischen Schweben erinnert die Schienenführung beim Elektrodynamischen Schweben nicht an eine Achterbahn. Stattdessen fährt der Zug innerhalb einer wannenartigen Strecke. Die Strecke umfasst hier also einen Teil des Zuges.

Im Gegensatz zum EMS, wird der Schwebezustand beim EDS nicht durch magnetische Anziehung, sondern durch abstoßende Kräfte gleicher Pole erreicht. Auch hier wird aber eine ähnliche Schwebehöhe von 10mm geschaffen und es gibt ebenso seitliche Magneten, die dem Zug helfen, auf der Spur zu bleiben. Die seitlichen Magneten dienen hier aber auch dem Antrieb.

Der erste kommerziell eingesetzte Zug mit EDS-Technologie wird die japanische Shinkansen-Baureihe L0 sein. Diese soll ab 2027 auf der 286 Kilometer langen Strecke zwischen Tokio und Nagoya verkehren. Bis 150 km/h beschleunigt der Zug dabei auf Gummirädern, ehe er auf eine Betriebsgeschwindigkeit von bis zu 500 km/h mittels EDS beschleunigt. Das muss sein, weil die EDS-Technologie erst ab höheren Geschwindigkeiten ein ausreichendes Magnetfeld erzeugt, damit der Zug schwebt. Die supraleitenden Spulen in den Zügen müssen zwar aufwendig gekühlt werden um ihre magnetischen Eigenschaften zu erhalten, dafür sind sie unabhängig der Stromversorgung – nicht völlig unwichtig in der von Erdbeben geprägten Region.

Maglev als Ersatz für Flugverkehr

Wegen der Schienen wird die Magnetschwebebahn vor allem mit Hochgeschwindigkeitszügen verglichen. Dort kann sie im Kosten-Nutzen-Vergleich kaum bestehen, vor allem wenn sich bei hohen Geschwindigkeiten der Energieverbrauch erhöht. Dass der Maglev als Alternative zum Flugzeug eine sehr gute Alternative darstellt, wird oft außenvor gelassen.

Ein Flugzeug ist zwar noch immer schneller, als aktuelle Maglev-Spitzengeschwindigkeiten in Tests, doch beim Flugzeug ist Start und Landung deutlich aufwendiger als bei Magnetschwebebahnen. Auch müssen wir am Bahnsteig nicht schon eine ganze Weile vor Abfahrt erscheinen. Für beliebte Routen erlauben Maglev-Züge auch eine viel dichtere Taktung.

Der Umwelt täte der Wechsel von Flugzeug auf Magnetschiene bei Kurz- bis Mitteldistanzen ebenfalls gut. Flugzeuge verursachen ein vielfaches an CO2-Emissionen im Vergleich zu Zügen und können ihre günstigen Preise oft nur durch starke Subventionen bieten. Gelder die auch für den Aufbau attraktiver Maglev-Verbindungen investiert werden könnte.

Der Transrapid – Aufstieg und Fall einer Verkehrsrevolution

Deutschland war einmal Vorreiter der Magnetschwebetechnik. Bereits 1922 begann die Entwicklung einer ersten Magnetschwebebahn, 1934 erteilte man dem Erfinder Herrmann Kemper ein Reichspatent für elektromagnetisch schwebende Fahrzeuge. Dann brach der 2. Weltkrieg aus und das Projekt geriet in Vergessenheit.

Erst in den 70ern lebte die Technologie wieder auf. Unter einer gemeinsamen Studiengesellschaft entwickelten gleich mehrere Unternehmen erste Prototypen. Darunter die Firma MBB (heute Teil der Airbus Group) und ein Zusammenschluss der Firmen AEG-Telefunken, Brown, Beveri & Cie, Siemens und MAN. 

Es sah insgesamt sehr vielversprechend aus. Die Politik war begeistert, viele große Unternehmen investierten und auch Universitäten, insbesondere die Technische Universität Braunschweig, waren in die Entwicklung involviert. Der 1971 gebaute Transrapid 02 erreichte „nur“ 164 km/h auf der erst nur 900 Meter langen Teststrecke. Der Transrapid 04 schaffte 1973 bereits 250 km/h und ein unbemannter Komponentenmessträger ein Jahr später sogar 401 km/h.

1979 fuhren bereits 50.000 Passagiere auf einer 900 Meter langen Strecke bei der internationalen Verkehrsausstellung in Hamburg.  1987 war dann die mehr als 30 Kilometer lange Teststrecke im Emsland fertig, die noch lange die längste Teststrecke ihrer Art war.

Der Unfall, der den Transrapid stoppte

1991 bestätigten Ingenieure und Bundesbahn offiziell eine uneingeschränkte technische Einsatzreife. Ein Jahr später beschloss die Bundesregierung sogar eine 300 Kilometer lange Maglev-Verbindung zwischen Hamburg und Berlin in den Bundesverkehrswegeplan aufzunehmen. Umgesetzt wurden die Pläne nie, in die bis zum offiziellen Aus bereits 200 Millionen Euro flossen. Sicherlich war daran auch der ICE nicht ganz unschuldig. Die Bahn hatte verständlicherweise wenig Interesse, eine Konkurrenz für ihren Hochgeschwindigkeitszug durch den Bau von Trassen zu fördern. Die erste kommerzielle Strecke wurde stattdessen 2001 bis 2002 in Shanghai als Flughafenverbindung gebaut und in Betrieb genommen.

Zwar gab es auch für München ähnliche Pläne für den Flughafen, umgesetzt wurde der Maglev in München aber trotzdem nie.2006 ereignete sich auf der Teststrecke im Emsland ein schwerer Unfall. Ein mit 31 Personen besetzter Transrapid fuhr in einen Werkstattwagen, der mit zwei weiteren Personen besetzt war. 23 Personen kamen bei dem Unfall ums Leben.

Obwohl es sich bei dem Unfall um menschlichen Versagen und keinen technischen Defekt handelte, wurde die Teststrecke für 2 Jahre gesperrt. Anschließend kam die Entwicklung nie wieder richtig ins Laufen. Unternehmen investieren nicht mehr in die Technologie und damit fiel auch noch die zusätzliche Förderung durch den Bund weg.

Es ist eine Jammer. In den Transrapid floss eine ungeheure Arbeitszeit und gigantische Geldsummen und man bekam es nicht hin, auch nur eine kommerzielle Strecke in Deutschland zu realisieren. Dass die letzte geplante Strecke nur eine teure Flughafenverbindung war, die am Ende 10 Minuten gespart hätte, ist auch symbolisch dafür, dass die Technologie von den Entscheidern nicht wirklich begriffen wurde.

Vorteile von Maglev

Megaschnell:

Wie bereits geschrieben, muss man Maglev-Züge nicht nur als Konkurrenz für Züge sehen, sondern mittlerweile auch für Inlandsflüge. Das macht sie eigentlich gerade für längere Strecken zwischen großen Städten interessant.

Kein Reibungswiderstand:

Maglev-Züge sind sehr Energieeffizient. Dadurch, dass sie auf der Strecke schweben, gibt es nur wenig Widerstand. Damit ist der Energieaufwand, um eine Geschwindigkeit aufrecht zu halten sehr gering. Erst bei hohen Geschwindigkeiten, wenn der Zug gegen den Luftwiderstand ankämpft, geht der Energiebedarf nach unten. Das macht Maglev auch für den nicht ganz so schnellen Nahverkehr interessant.

Geringe Instandhaltung:

Wo keine Reibung, da auch kein Verschleiß. Im Vergleich zur Traditionellen Eisenbahn, kann die Instandhaltung von Magnetschwebebahnen deutlich günstiger ausfallen. Durch den fehlenden Kontakt leiden die Gleise weniger und gerade bei der Eisenbahn sind die Räder die größte Schwachstelle.

Weniger Lärm (bei niedrigen Geschwindigkeiten):

Ein weiterer Vorteil des fehlenden Schienenkontakts ist die Geräuschminderung. Neu gebaute Strecken bedeuten zwar trotzdem Lärm, ist aber grundsätzlich leiser. 

Nachteile von Maglev

Viel Lärm (bei hohen Geschwindigkeiten):

Auch wenn Maglev-Züge an sich sehr leise sind, können sie bei hohen Geschwindigkeiten dagegen den Lärmpegel von Düsenjets erreichen. Auch hier spielt der Luftwiderstand erneut eine Rolle. Es wundert daher nicht, dass geplante Strecken in Asien weitgehend auch durch Tunnel laufen, was den Lärmfaktor deutlich reduziert.

Neue Infrastruktur nötig:

Die größte Einstiegshürde für Maglev-Züge ist die Infrastruktur. Für eine neue Strecke braucht es sowohl neue Strecken, als auch neue Bahnhöfe, weil die Züge spezielle Schienen benötigen. Dass ein getrenntes Schienennetz aber auch Vorteile hat, beweist beispielsweise Japan sehr eindrucksvoll. Die Trennung von Güter- und Personenverkehr, bzw. die eigenen Strecken für die Shinkansen-Hochgeschwindigkeitszüge sorgen dort für eine Pünktlichkeit, von der wir nur träumen könnten.

Hoher Energiebedarf bei hohen Geschwindigkeiten:

Je schneller der Maglev-Zug, desto spannender. Aktuelle Modelle in Asien erreichen in Tests bereits Geschwindigkeiten von über 600 km/h. Bei diesen Geschwindigkeiten ist der Energieverbrauch höher als bei aktuellen Hochgeschwindigkeitszügen. Im Vergleich zu Flugzeugen mit ähnlicher Reisezeit, ist der Verbrauch allerdings sehr gering.

Hohe Einstiegskosten:

Maglev-Strecken kosten aktuell viel Geld. Die Infrastruktur fehlt und der Streckenbau ist ebenfalls teurer, als für die klassische Eisenbahn. Einige kosten könnten später reduziert werden, wenn man den Sprung vom Prototyp in die Massenfertigung schafft. Bis dahin bleibt der Bau einer Magnetschwebebahn allerdings ein sehr teures Unterfangen. Auf die Dauer können sich Mehrkosten allerdings durch niedrigere Betriebskosten wieder amortisieren.

Hyperloop – Maglev als Rohrpost

2013 veröffentlichte Tesla-Mastermind Elon Musk ein Whitepaper zu einem neuen Transportmittel. Sein „Hyperloop“ ist im Grunde eine Magnetschwebebahn, die durch eine Röhre fährt. Der Clou bei der Sache: Durch ein Teilvakuum der Röhre, soll der Luftwiderstand deutlich reduziert werden. Auch sieht der Plan vor, dass Energie dabei auch von an der Röhre angebrachten Solarzellen erzeugt wird. Das macht den Hyperloop nicht nur zu einem schnellen, sondern auch besonders umweltfreundlichen Verkehrsmittel.

Gleich mehrere Unternehmen haben die frei zugängliche Idee aufgegriffen und es existieren schon erste, wenn auch sehr kurze Teststrecken. Auch gibt es viele theoretische Streckenvorschläge. Für Deutschland schlug das Unternehmen Hyperloop One sogar eine 1991 Kilometer lange Strecke vor, die mehrere große Städte abdeckt und ihre Runde in nur 142 Minuten abschließen soll.

Doch der Hyperloop hat teils sogar größere Herausforderungen. Die Bau einer Strecke, die komplett von einer Röhre umschlossen ist, ist eine bauliche Herausforderung. Auch haben bisher geplante Züge deutlich geringere Kapazitäten, sodass Kosten und Nutzen wieder auf einem anderen Blatt stehen. Frischen Wind in die Maglev-Technologie brachte das Whitepaper jedoch.

Ist Maglev die Zukunft des Schienenverkehrs?

Eigentlich müsste die Frage eher lauten: „Warum ist Maglev nicht die Gegenwart des Schienenverkehrs?“ Die Technologie dafür hat nämlich schon länger Marktreife und gerade mit der immer stärkeren Automatisierung im Schienenverkehr sind Magnetschwebebahnen geradezu prädestiniert.

Zumindest in Asien tut sich nun aber eine ganze Menge. Japan baut schon fleißig am ersten Maglev-Shinkansen zwischen Tokio und Osaka und auch in China solllen bis 2030 erste Maglev-Züge wichtige Städte miteinander verbinden. Europa und USA haben hier vielleicht schon jetzt den Sprung verpasst, die Zukunft der Technologie mit zu bestimmen.

Allerdings ist der Einsatz für Magnetschwebebahnen in verschiedene Richtungen Möglich. Auch im Nahverkehr haben die Züge großes Potential durch wenig Energiebedarf, einfachere Wartung und geringere Lärmbelästigung. Aber auch hier sehe ich eher China dazu bereit, viel Geld zu investieren ganz neue Streckennetze in ihren Städten hochzuziehen. Und es muss auch von der Bevölkerung angenommen werden. Und hier herrscht leider noch zu wenig Wissen und damit zu viele Bedenken gegen eine eigentlich vielversprechende Technologie, die wir schon vor vielen Jahren hätten nutzen können.

Für die westliche Welt könnte zumindest der Hyperloop dafür sorgen, nicht ganz den Anschluss zu verlieren. Dafür muss aber bald die Marktreife erreicht werden und die Anschaffung wirtschaftlich genug sein.

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Image by romas_ph via Adobe Stock

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