Elektromagnetischer Schwebeantrieb

Was ist elektromagnetischer Schwebeantrieb? Wozu dient er?

Haben Sie schon einmal von den Maglev-Zügen in Japan oder den Transrapid-Zügen in Europa gehört? Kennen Sie Magnetschwebebahnen? Das sind Züge, die dank eines Magnetfelds über den Schienen „schweben“. Um mehr darüber zu erfahren, finden Sie in diesem Artikel alles Wissenswerte über die elektromagnetische Schwebetechnik und ihre Rolle in der Welt um uns herum. Entdecken Sie auch unsere Kollektion magnetischer Globen, die dieselbe Energie nutzen.

Elektromagnetische Schwebetechnik verstehen

In der Physik und den Naturwissenschaften gibt es zwei grundlegende Konzepte zum Prinzip der Levitation: das elektromagnetische Konzept, das durch geregelte Elektromagnete erzeugt wird, und das elektrodynamische Konzept, das auf den Kräften induzierter Ströme beruht. Der elektromagnetische Auftrieb wird als ein Mechanismus definiert, der es ermöglicht, einen Gegenstand mithilfe eines Magnetfelds schweben zu lassen. Die auf diesen Gegenstand wirkenden elektromagnetischen Kräfte ermöglichen es ihm, seinem eigenen Gewicht entgegenzuwirken und zu schweben, ohne herunterzufallen.

Konkret befindet sich ein Objekt im Zustand der elektromagnetischen Schwebetechnik, wenn es über einer magnetischen Unterlage schwebt, ohne diese zu berühren. Eine von unten nach oben gerichtete vertikale Kraft gleicht das Gewicht dieses Objekts bzw. Körpers aus. Die Transrapid-Züge in Deutschland oder in Shanghai sind konkrete Beispiele für elektromagnetische Schwebetechnik. Die japanischen Maglev-Züge hingegen nutzen die elektrodynamische Schwebetechnik.

Wie funktioniert die elektromagnetische Schwebetechnik?

Der elektromagnetische Schwebezustand wird durch magnetische Kräfte ermöglicht. Um dies zu verstehen, muss man zunächst wissen, wie Magnete funktionieren. Das ist ganz einfach! Gehen wir davon aus, dass ein Magnet ferromagnetische Materialien je nach Positionierung der Pole anziehen oder abstoßen kann. Nord- und Nordpole ziehen sich an, Nord- und Südpole stoßen sich ab.

Der magnetische Mechanismus tritt ein, wenn die Magnete abwechselnd aktiviert werden (sich anziehen und abstoßen). Die auf das schwebende Objekt wirkende Schwerkraft wird durch diese Kräfte ausgeglichen. Dadurch kann ein konstanter Abstand zwischen dem Objekt und dem Boden aufrechterhalten werden, wodurch Reibung vermieden wird. Dieser reibungsfreie Mechanismus ermöglicht es übrigens, sich schneller fortzubewegen. Um das System der elektromagnetischen Levitation oder des elektromagnetischen Auftriebs zu aktivieren, werden Elektromagnete und Supraleiter verwendet.

Elektromagnete

Ein Elektromagnet ist ein mit elektrischem Strom versorgter Magnet. Er ermöglicht die Umwandlung von elektrischer Energie in magnetische Energie. Dazu besteht der Magnet aus einem Kern aus magnetischem Eisen, der von einer Spule aus leitendem Draht umgeben ist. Das Magnetfeld entsteht dann, wenn elektrischer Strom durch den Elektromagneten fließt. Aufgrund dieses Prinzips verfügt der Elektromagnet über eine starke mechanische Anziehungskraft. Aus diesem Grund wird er bei der elektromagnetischen Schwebetechnik eingesetzt.

Supraleiter

Supraleiter sind Materialien, die elektrischen Strom perfekt leiten können, ohne Widerstand oder Energieverlust. Dies ist das Phänomen der Supraleitung. Es wird dadurch ermöglicht, dass das Material abgekühlt wird, um jeglichen elektrischen Widerstand zu beseitigen.

Das Phänomen der Supraleitung, das 1911 vom niederländischen Physiker Heike Kamerlingh Onnes entdeckt wurde, ist bis heute eine außergewöhnliche Entdeckung. Umso mehr, als Supraleiter darüber hinaus über außergewöhnliche magnetische Eigenschaften verfügen. So können sie problemlos unter einem Magneten schweben.

Wozu dient die elektromagnetische Schwebetechnik?

Wie Sie oben sicherlich bereits bemerkt haben, ermöglicht die elektromagnetische Schwebetechnik das Schweben eines Objekts über einer magnetisierten Oberfläche, ohne dass sich beide berühren. Darüber hinaus ermöglicht dieser Mechanismus es aber auch, den bewegten Gegenstand zu beschleunigen. Aus diesem Grund liegt die Hauptanwendung der elektromagnetischen Schwebetechnik im Eisenbahnbereich, insbesondere für den Antrieb und das Schweben von Zügen wie dem deutschen Transrapid oder dem Transrapid in Shanghai.

Der elektromagnetisch schwebende Zug

Der elektromagnetisch schwebende Zug schwebt ausschließlich durch die Anziehung der Pole. Zu diesem Zweck ist er mit Elektromagneten ausgestattet, die an der Unterseite parallel zu den Schienen angeordnet sind. Die Schienen sind ihrerseits mit gewalzten Eisenstangen versehen, die mit den Elektromagneten in Kontakt kommen.

Ein elektromagnetisches Feld entsteht somit, ohne dass die Elektromagnete und die Eisenstangen sich berühren. Darüber hinaus schwebt der Zug (das heißt, er berührt die Schienen nicht). Er erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von bis zu 150 km/h.

Die Vorteile von Zügen mit elektromagnetischem Schwebetrieb

Dass die elektromagnetische Schwebetechnik heute bei Zügen so weit entwickelt ist, liegt vor allem daran, dass sie mehrere Vorteile bietet:

• Dieser Mechanismus ermöglicht es den Zügen, sich mit hoher Geschwindigkeit fortzubewegen.
• Außerdem trägt er dazu bei, die Lärmbelästigung durch vorbeifahrende Züge auf den Schienen zu verringern (da der schwebende Zug die Schienen nicht berührt).
• Es handelt sich um ein sauberes und umweltfreundlicheres System: Der Magnetschwebezug stößt keinen Rauch aus und verbraucht nur wenig Energie. Dank der Supraleiter entstehen nur geringe Verluste und ein geringer Stromverbrauch.
• Der Luftwiderstand und die Geschwindigkeit der Züge verursachen keine Schäden am Ökosystem.

Allerdings ist die Umsetzung dieses Konzepts nach wie vor sehr kostspielig. Aus diesem Grund gibt es weltweit nur sehr wenige Züge mit elektromagnetischem Schwebetrieb.