Heute wird der Schnellstreckenverkehr noch auf Rädern aufgebaut, in absehbarer Zeit können es schon "räderlose Fahrzeuge" sein, von Magneten gehalten oder von Luftkissen getragen. Seit langer Zeit arbeiten Wissenschaftler und Techniker erfolgreich auf diesem Gebiet um die technischen Voraussetzungen für hohe Geschwindigkeiten zu verbessern.

Die Aerodynamik befaßt sich mit dem Studium der Bewegungen von Gasen, besonders mit der Umströmung und Beeinflussung von Körpern in der Luft.

Außer bei Flugzeugen, unbemannten Flugkörpern, Trägerraketen, rückkehrbaren Raumfahrzeugen und Raumtransportern, spielt die Aerodynamik auch eine wichtige Rolle bei der Formgebung schneller Landfahrzeuge, wo geringer Widerstand und stabiles Verhalten des Fahrzeuges angestrebt werden.

Man unterscheidet verschiedene Strömungsformen. Bei der laminaren Strömung gleiten die Teilchen des Strömungsmediums in geordneter Bewegung sozusagen auf Stromlinien, bei extrem hohen Geschwindigkeiten entwickelt sich außerdem eine turbulente Strömung.

Bei geringen Geschwindigkeiten kann die Luft als unzusammendrückbar (inkompressibel) angesehen werden, so daß man für theoretische Untersuchungen die aus der hydrodynamik bekannten Strömungsgesetze zugrunde legen kann. Man spricht dann von inkompressibler, reibungsloser Strömung. Die Luft ist jedoch ein kompressibles Medium. Bei höheren Geschwindigkeiten, die sich der Schallgeschwindigkeit nähern, treten durch Kompression größere Dichteänderungen der strömenden Luft auf.

Bei einer Hochleistungs-Schnellbahn ist eine günstige aerodynamische ausgewogene Form von großer Wichtigkeit, beim Energieverbrauch, der die Luft als angesehen Untersuch- Geräuschentwicklung, und um ein stabiles Verhalten zu gewährleisten.

Unter Luftkissen versteht man den Effekt, der entsteht, wenn zwischen Fahrzeugboden und Fahrbahn eine Luftschicht ausreichenden Oberdrucks einströmt und dadurch ein Schwebezustand des Fahrzeuges erreicht wird.

Luftkissen eignen sich auch für die seitliche Führung von Fahrzeugen.

Werden zwei Glasplatten aufeinander gelegt, so gleitet die obere Platte einige Sekunden auf der unteren, bis die Gleitluft abgeflossen ist und die Platten sich berühren (Bild 1). Wird die obere Platte in der Mitte durchbohrt und die Luft durch diese Öffnung eingeblasen - mittels eines Schlauches - dann wird ständiges Gleiten der oberen Fläche erzielt.

Das Prinzip - Fahrzeuge und Geräte auf einem Kissen aus Luft oder Wasser gleiten zu lassen ist schon im Jahr 1864 bekannt geworden. Bereits 1919 gelang es in den USA den Start viermotoriger Flugzeuge von Luftkissengeräten aus durchzuführen. Dabei erreichten die Luftkissenfahrzeuge eine Geschwindigkeit von annähernd 90 km/h, eine Geschwindigkeit, die zum Abheben dieser Flugzeuge ausreichte.

Gegenüber Luftfahrzeugen stellt sich bei Luftkissenfahrzeugen eine schuberhöhende Wirkung des Bodeneffektes ein. Der Bodenabstand bedeutet dabei eine Gleichgewichtshöhe von Ein- und Ausstrom. Gegenüber bodenverhafteten Fahrzeugen, wie Rad- und Schienenfahrzeuge, treten leistungsvermindernde Effekte auf. Zwischen Rad und Schiene werden Tangential-, Vertikal- und Seitenkräfte übertragen, die mit den vom Fahrzeug resultierenden Kräften im Gleichgewicht stehend (Bild 2)

Bei spurkranzgeführten Fahrzeugen wird die Seitenstabilisierung bzw. die Spurhaltung durch den seitlichen Laufflächenwiderstand und den Spurkranzwiderstand wirksam. Spurkranzlose Fahrzeuge benötigen somit eine zusätzliche Spurführungs-Einrichtung, beispielsweise durch horizontal angeordnete Führungsradpaare. Diese werden zweckmäßigerweise nur an einer Schiene angebracht. Während zwischen Rad und Schiene nur unerhebliche elastische Verformungen auftreten, die den räumlichen Bewegungsablauf eines Schienenfahrzeuges wenig beeinflußen, stehen sich bei Schwebefahrzeugen ähnliche Stabilisierungsprobleme um die drei Bewegungsachsen, wie sie aus dem Flugzeugbau bekannt sind, ein.

Durch mechanische, gasdynamische und elektromagnetische Stabilisierungseinrichtungen können mit geringerem Aufwand als bei den Flugzeugen Rückstellkräfte erzeugt werden.

Grundsätzlich sind bei einem Bodenschwebefahrzeug folgende Kraftübertragungen und Stabilisierungsfunktionen zu berücksichtigen: Vortriebkraft (Tangentialkraft)

Schwebe- bzw. Hubkraft (vertikale Stützkraft)

Horizontale Führungskräfte (Spurführungskraft)

Querstabilisierungskräfte (Kippkräfte)

Längsstabilisierungskräfte (Neigungskräfte)

Ausgenommen der Schwebekraft, können alle anderen Kräfte entweder durch Reibkräfte und/oder auch durch gasdynamische bzw. elektromagnetische Wirkungseffekte erzielt werden. Die Verwendung der verschiedenartigen Komponenten gestattet eine Vielzahl von Schwebemodellen.

Die Abstützungs- und Führungskräfte werden durch einen dünnen Film hochgespannter Luft zwischen Schienenkopf und dem ihn umschliessenden Gleitschuh übernommen. Die Quer- und Längsstabilisierungskräfte werden bei diesem Spurfahrzeug zweckmäßigerweise durch gesteuerte gasdynamische Effekte bzw. Luftfederbalge zwischen Fahrzeug und Schiene aufgenommen.

Weit schwieriger ist die Erzielung ausreichender Stabilität bei Luftkissenfahrzeugen auf unebenem Boden. Die Hubkraft wird auch hier durch ein Druckluftpolster zwischen Fahrzeug und Boden erzielt. Das Stabilisierungsverhalten kann in Verbindung mit dem Vortriebsmechanismus durch konstruktive Maßnahmen wie Schwenken der Luftschrauben bzw. Verstellung der Ausstrahldüsen u.s.w. erfüllt werden.

Eine weitere Luftkissenlagerung kann nach dem Prinzip der pneumatische Rinne (Bild4a) erzielt werden. Bei diesem Prinzip wird durch Ausströmung von Druckluft durch ein Bodengitter einer Druckbeaufschlagung unter dem Fahrzeug bewirkt. Der Gasfilm unter dem Fahrzeug reduziert in gleicherweise den Widerstand zwischen Fahrzeug und Fahrbahn. Die Vorwärtsbewegung des Fahrzeuges geschieht entweder durch die bereits genannten Antriebskomponenten oder auch durch Schwerkraft. Anstelle des am Fahrzeug erzeugten Luftdruckes kann man auch von der Gleitbahn aus eine Druckbeaufschlagung auf die Kabine erzeugen. Wenn nun der Druckluftaustritt unter einer Neigung zur Frontebene erfolgt, entsteht eine zusätzliche Vortriebskomponente.

Automatisch enthält die Definition des Fahrzeugwirkungsgrades den jeweiligen Stand von Triebwerks-Entwicklung, Fahrzeugkonstruktion, sowie Nutzlast- und Geschwindigkeitsänderungen.

Obwohl die Magnettechnik noch nicht den Entwicklungsstand der Luftkissentechnik erreicht hat, erhofft man sich von mit Magnetsystemen ausgerüsteten Schnellbahnen mehr Erfolg als mit Luftkissenfahrzeugen, da wesentlich weniger Energie erforderlich ist. Ferner werden mit der Magnetwirkung die sonst bei Luftkissenbahnen auftretenden Geräusch- und Staubentwicklungen vermieden bis auf solche Effekte, die durch den Staudruck und den Antrieb auftreten. In der Bundesrepublik werden beide Systeme erprobt. Die Firma Messerschmitt-Bölkow-Blohm in Ottobrunn bei München hat im Frühjahr 1971 die erste Magnetkissen-Versuchsbahn in Betrieb genommen. Dicht gefolgt von Krauss-Maffei, München-Allach die im Herbst eine ein Kilometer lange Versuchsstrecke, sowohl für Magnetkissen als auch für Luftkissen einweihten.

Die magnetischen Kraftlinien eines stromdurchflossenen Leiters verlaufen als konzentrische Kreise um den Stromleiter in zu dem Leiter senkrechten Spule zeigt ten wie ein Ebenen. (Bild 5) Eine durchflossene Spule zeigt die gleichen magnetischen Eigenschaften wie ein Stabmagnet. (Bild 5a).

Wenn ein stromdurchflossener Leiter von einem magnetischen Kraftfeld umgeben ist und damit Kraftwirkungen auf Magnetpole ausübt, so ist umgekehrt zu erwarten, daß auch magnetische Felder Kraftwirkungen auf stromdurchflossene Leiter ausüben. (Bild 5b)

Bild 5b

Findet eine Bewegung des stromdurchflossenen Leiters in Kraftrichtung statt, so ist die verrichtete Arbeit gleich dem Produkt aus der Stromstärke und dem Zuwachs des umrandeten magnetischen Flusses.

Ein frei beweglicher stromführender Leiter ändert solange seine Lage, als mit der Bewegung eine Flußänderung verbunden ist. Die Haftkraft eines Magneten (Bild 5c)

hängt von dem an den Polflächen auftretenden magnetischen Kraftfluß und von der magnetischen Induktion ab.

Durch die Veränderung der anliegenden Spannung wird die Haftkraft eines Magneten beeinflußt.

Wenn ein Magnet über einen Stromleiter bewegt wird werden Ströme induziert, die in entgegengesetzter Richtung der Magnetbewegung fließen. Die Größe und Richtung der Ströme hängt von der Stärke des Magnets ab, von der geometrischen Form, der relativen Geschwindigkeit und dem Leistungsvermögen.

Bild 6

Das Magnetflußmodell (Bild 6) zeigt in Analogie zum elektrischen Strom das gleiche Prinzip, als wenn ein gleichpoliger Magnet anstelle der Stromleiter gesetzt wird und eine gleiche magnetische Abstoßung erzeugt. Besitzt die Stützfläche ein unendlich hohes Leistungsvermögen gibt es keine Verluste und ebenso keine Kräfte in parallel Richtung zur Ebene. Es ist der gleiche Effekt, als ob der gedachte Magnet von dem oberhalb angeordneten Magneten nach vorne verschoben wird.

Die magnetischen Trag- und Führungselemente haben bei Schwebefahrzeugen die gleichen Aufgaben wie die Luftkissensysteme zu übernehmen. Und zwar Erzeugung und Stabilisierung der Schwebekraft und damit seitliche Spurführung, Abstandhaltung zwischen Fahrbahn und Schiene und Quer- und Längsstabilisierung. Demnach lassen sich für Magnetkissenfahrzeuge drei Hauptsysteme verwenden. 1)

(Bild 7a-c)

Analog zum Luftkissensystem läßt sich das Magnetfeldsystem grundsätzlich auf zwei Weisen realisieren.

Einmal kann die "abstoßende Wirkung" zweier gleichnamiger Magnetpole zur Bildung eines "Druckmagnetkissens" und damit zur berührungsfreien Führung eines Fahrzeuges ausgenutzt werden. Zum anderen läßt sich die "anziehende Wirkung" zur Anhebung und Führung des Fahrzeuges einsetzten.

Das erste Verfahren erfordert neben den am Fahrzeug installierten Elektromagneten eine entgegengesetzte Magnetpolung der Trag- und Führungsschiene. Dazu müßte die gesamte Fahrstrecke mit Elektromagneten ausgestattet sein, die zumindest im Augenblick des darüber hinweg Gleitens eingeschaltet werden müßten. Der Vorteil dieses Systems liegt darin, daß die abstoßende Kraft mit abnehmendem Abstand zwischen Schiene und Fahrzeug automatisch zunimmt, sich also gewissermaßen selbst regelt.

Das zweite System erfordert keine Streckenmagnete, dafür aber eine komplizierte Regeltechnik. Die am Fahrzeug angebrachten Elektromagnete werden unterhalb der eisernen Tragschiene geführt und heben das Fahrzeug bei Einschalten des Spulenstroms an , da sich der Abstand zwischen Schiene und Fahrzeug hierdurch verringert und sich die magnetische Kraft somit automatisch verstärkt. Würde der Wagen einmal angehoben bei konstantem Spulenstrom, würde er sofort gegen die Schienen gepreßt. Eine aufwendige Regelelektronik muß daher dafür sorgen, daß der Magnetstrom ständig den "ertasteten Abstand" zwischen Schiene und Fahrzeug entsprechend beibehält. Was den elektrischen Leistungsaufwand für die Schwebeführung betrifft, so ist er für Hochgeschwindigkeiten geringer als der, den eine Räderführung benötigen würde.

Bei diesem System trägt ein sogenanntes Vielektrodynamisches Fahrzeug" an den beiden Seiten eine Reihe von Dauermagneten, deren Polarität in der Folge wechselt.

Den Supramagnetreihen liegen entsprechende Spulenreihen ortsfest in Fahrgleis auf der ganzen Strecke gegenüber. Die gegenseitigem Abstoßkräfte zwischen den in den Spulen induzierten Strömen und den Supermagnetfeldern heben während der Fahrbewegung das Fahrzeug in Schwebestellung und stabilisieren es auch in Seitenrichtung. Die bei Supermagneten erreichbare hohe Magnetfeldstärke ermöglicht eine Schwebehöhe zwischen l00 und 150 mm. Die Bodenschleifen erfordern dabei keine äußere Stromzuführung. Auch in der Bundesrepublik wird die Supraleitertechnik verstärkt mit der Magnetschwebetechnik in Verbindung gebracht.

Diese Lösung mit Dauermagneten verlangt Fahrschienen aus monoton gepolten Dauermagneten, die das Fahrzeug mit den daran angebrachten, ebenso gepolten Dauermagneten durch Abstoßkräfte in die Schwebelage heben.

Diese Schwebeführung zeichnet sich dadurch aus, daß sie weder Leistung noch Regelung erfordert. Jedoch wird der Vortriebswiderstand, der geschwindigkeitsabhängig ist, größer, insbesondere bei kleineren Geschwindigkeiten Mit steigender Geschwindigkeit nimmt er ab. Allerdings ist diese Art von Schwebezustand labil; dieser muß seitlich stabilisiert werden, entweder mit elektromagnetischen Führungssystemen oder mit mechanischen Stütz- bzw. Führungsrollen.

Eine stabile magnetische Lagerung nach mehreren Koordinaten mit Hilfe von Permanentmagneten ist nicht möglich. Sofern die Dauermagnete verbilligt werden können, hat auch dieses System, zumindest für die Stadtfahrzeuge mit geringeren Höchstgeschwindigkeiten, berechtigte Aussicht auf Verwendbarkeit.

d.h., Kombination der drei vorgenannten Schwebesysteme. Die Kombination der mechanischen, pneumatischen Systeme können auch in Verbindung mit Not- bzw. Führungs- und Bremssystemen eingesetzt werden.

Kühlt man ein Metall ab, so wird der elektrische Widerstand immer geringer. Er nähert sich bei sehr tiefen Temperaturen einem festen Wert, dem sogenannten Restwiderstand. Bei weiterer Absenkung der Temperatur verschwindet in manchen Leitern - innerhalb eines sehr kleinen Temperaturintervalls - dieser Restwiderstand.

Das Metall wird ideal leitend.

Dieses Phänomen, das im Jahre 1911 der niederländische Physiker H. Kamerlingh-Onnes entdeckte, nennt man Supraleitung.

Diese besonders leistungsfähigen Magneten können bei sparsamen Energieverbrauch mit supraleitenden Magnetspulen erzeugt werden, da bei dem bei Tiefsttemperaturen in vielen Metallen einsetzenden Supraleitzustand alle Energieverluste wegfallen, die unter normalen Bedingungen durch den elektrischen Leistungswiderstand entstehen.

Als Kühlmittel kann zum Beispiel flüssiges Helium bei einer Temperatur von etwa minus 269 Grad Celsius verwendet werden.

Der Vorteil von elektromagnet gestützten bzw. supraleitenden Schwebesystemen liegt in der Kombination des Schwebeeffektes mit dem Vortrieb. Beispielsweise haben die gleichen supraleitenden Gleisschleifen, die den Zug anheben und stabilisieren, eine gegenseitige Beeinflußung durch Wechselströme, die in Hilfsschleifen induziert werden, und den Zug antreiben. Dabei braucht kein Strom erzeugt oder zugeleitet werden. Außerdem können mehrere Gleise gleichzeitig gespeist werden, so daß die Transformationskosten sehr niedrig gehalten werden können.

Bei der Supraleiterstützung werden für das Anheben und den Vortrieb gleiche Schleifen verwendet, dagegen müssen bei den elektromagnetischen Systemen die Hubmagnete von den Antriebsmagneten getrennt sein.

Erforderliche Bedingungen einer magnetischen Stützung:

In den früheren Versuchsfahrzeugen für Hochgeschwindigkeitsbahnen wurden als Antrieb außer .der Luftschraube auch Strahltriebwerke und bei den Rekordfahrten zusätzlich Raketenmotoren verwendet. Aus Gründen des Umweltschutzes sind solche Antriebsarten für den späteren Linienverkehr in besiedelten Gebieten sicherlich ungeeignet.

Die neue elektrische Antriebsart die von allen Ländern angewendet wird, in denen Versuche mit Hochgeschwindigkeits-Bahnen durchgeführt werden (Bundesrepublik Deutschland, USA, Großbritannien, Frankreich, Japan und UDSSR), ist ein linearer Induktionsmotor. 1)

Diese Antriebsart ist, wie das Trag- und Führungssystem, berührungsfrei.

Magnetische Kräfte bewirken, daß sich das im Fahrzeug eingebaute Induktionsteil geradlinig entlang einer Metallschiene bewegt.

Zwischen den beiden Motorteilen, dem Induktor und der Sekundärschiene ist ein Luftspalt von , einigen Millimetern vorhanden. Der große Vorteil dieses Antriebs mit linearen Induktionsmotoren ist die völlige Geräuschlosigkeit. Außerdem wird die Umwelt bei diesem System nicht durch giftige Abgase belästigte

l) Quelle: Eisenbahntechnik Rundschau, Hestra-Verlag

Grundsätzlich müssen beim Linearmotorsystem vier Antriebsformen unterschieden werden.

Die Energieübertragung zu den Bodenfahrzeugen kann nach folgenden Gliederungspunkten erfolgen:

Versuche der jüngsten Zeit haben eine Funktionstüchtigkeit der Stromabnehmer bis zu 280 km/h ergeben.

In Deutschland werden zwei Richtungen der Energieversorgung für Schnellverkehrssysteme verfolgt. So löst Messerschmitt-Bölkow-Blohm die Energieversorgung bei hohen Geschwindigkeiten berührungfrei durch einen gesteuerten Lichtbogen. Krauss-Maffei vertritt dagegen die Ansicht, daß diese Art der Stromübertragung in absehbarer Zeit nicht ökonomisch eingesetzt werden kann.

Man entwickelt daher ein kontaktbehaftetes System, bei dem der bewegte Stromabnehmer schinngungstechnisch als ein eigenes Fahrzeug behandelt wird; seine Masse ist von der des Fahrzeugs weitgehend entkoppelt.

Die Versorgung der Fahrzeuge mit elektrischer Energie birgt bei Hochleistungsfahrzeugen besondere Schwierigkeiten. So ist z.B. bei der Entwicklung des Stromrichters von Bedeutung, ob auf dem Fahrzeug Drehstrom oder Gleichstrom zur Verfügung gestellt werden kann und ob z.B. die Energie ständig unterbrechungsfrei zugeführt bzw. im Hinblick auf das Bremsenl ständig abgegeben werden kann. Gerade Asynchronmotoren weisen einen erheblich größeren Blindleistungsbedarf auf. Bei der synchronen Bauform wird dagegen die Magnetisierungsleistung über einer gesonderten Stelle erzeugt.

Zur Versorgung des Stellgliedes kann von Gleich-, Wechsel- oder Drehspannung ausgegangen werden. In allen diesen Fällen kann mit Umrichtern, die Gleichstromzwischenkreise benötigen, gearbeitet werden. Dagegen können Direktumrichter eingesetzt werden, wenn lückenlose Drehspannung genügend hoher Frequenz zur Verfügung steht.

Die Drehspannung wird über ein Stromschienensystem und entsprechenden Stromabnehmern dem Fahrzeugtransformator zugeführt, dort in einem Gleichrichter gleichgerichtet und mit Hilfe eines elektronischen Frequenzenumformers dann wieder in eine Drehspannung verwandelt, deren Frequenz an die Fahrgeschwindigkeit und die Belange des Linearmotors angepaßt ist. Die Schwierigkeiten bei der Dreiphasenstromzuführung bestehen insbesondere bei hohen Spannungen und Geschwindigkeiten: 1)

Die Entwicklung von Energieübertragungssystemen mit Fahrleitungen für Einphasen-Wechselstrom und für Gleichstrom ist für die Geschwindigkeiten bis 210 km/h im praktischen Fahrbetrieb gediehen.

Für sehr hohe Geschwindigkeiten über 400 km/h scheint die Energieübertragung mittels Stromschienen Vorteile gegenüber der Verwendung von Fahrleitungen zu Haben. Das Problem wird erschwert durch die Notwendigkeit, mindestens zwei, besser drei Zuleitungen für die Energieübertragung auf das Fahrzeug verwenden zu müssen, wenn die Stromrückleitung durch die Fahrschienen entfällt.

Prinzipiell kann elektrische Energie sowohl mit Horizontalanordnungen als auch kontaktlos von der Strecke auf das Fahrzeug übertragen werden. Die kontaktlosen Lösungen scheiden zur Zeit noch aus, und zwar aus folgenden Gründen:

Ein Luftkondensator von 1,mF Kapazität hat eine Fläche von ca. 10.000 qm bei einem Elektrodenabstand von 1 cm. Bei 50 kV Betriebsspannung und der Netzfrequenz 50 Hz ist er günstigstenfalls in der Lage, eine Leistung von 350 kVA zu übertragen. Abgesehen von der Unmöglichkeit, die Ausbildung des Lichtbogens zu verhindern, ist diese große Fläche niemals auf oder neben dem Fahrzeug aufzubringen, und die Leistung ist entschieden zu klein, um ein Hochgeschwindigkeitsfahrzeug zu betreiben.

Die direkte Energieübertragung durch transformatorische Ankopplung einer um das Fahrzeug gelegten Sekundärspule mit möglichst großer umschlossener Fläche an nacheinander überfahrene Primärspulen ergibt einen eisenlosen Luftransformator mit mindestens 95 Streuspannung, der nur 5% der zugeführten Primär-Scheinleistung als Nutzleistung auf das Fahrzeug bringt.

Eine Zündung des Bogens bei stehendem und langsam fahrendem Fahrzeug bietet keine Schwierigkeiten, da der Abnehmer an den Fahrdraht angelegt werden kann. Bei schnellfahrendem Zug werden die Bogen unterhalb eines kritischen Stromes abreißen. Dann muß die Möglichkeit einer Zündung ohne Anlegen des Abnehmers gegeben sein.

Besondere Beachtung verdienen die Störungen der Umwelt durch das Geräusch des Lichtbogens und die Störung des Funkverkehrs in der Umgebung. Diese beiden Störquellen sind vom Prinzip her mit der Existenz des Lichtbogens verbunden und können nicht vermieden werden. herzu tritt noch die erhöhte Wahrscheinlichkeit der Störung des Signalsystems.

Bei der Stromschienenanordnung messen die Horizontal- und Vertikalbewegungen des Fahrzeuges berücksichtigt werden, gleichzeitig sind die baulichen und betrieblichen Gesichtspunkte, wie Lage und Ausbildung der Weichen, örtliche Streckenführung usw. zu integrieren. In Bild l0 sind einige Beispiele möglicher Anordnung von Stromschienen skizziert.

Zur Überwindung des Losreißwiderstandes bzw. auch Anfahrwiderstandes muß eine hohe Anfahrzugkraft erreicht werden. Die Schiene kann hierbei als das Äquivalent eines Läufers mit hohen Widerstand betrachtet werden, so daß die Anzugskräfte hoch sind. Sie werden nur begrenzt durch die für die Wicklung maximal zulässige Strombelastung. Auf die Rotorenerwärmung muß Rücksicht genommen werden, auch wenn die erwärmte Schiene ständig verlassen wird. Das Bremsen kann durch Schalten auf niedrige Geschwindigkeitsstufe erreicht werden. Es handelt sich also um asynchrones Bremsen, bei dem die Maschine als Bremsgenerator arbeitet. Auf diese Weise kann das Fahrzeug bis auf die kleinste Geschwindigkeitsstufe abgebremst werden. Die restliche Bewegungsenergie wird durch mechanisch wirkende Bremsen oder Umkehren der Feldrichtung des Linearmotors abgebremst. Die Geschwindigkeitsänderung von Linearmotoren kann vorwiegend durch unterschiedliche Prinzipien gelöst werden, die sich unter Verwendung von Thyristorstellgliedern verwirklichen lassen.

Bei zukünftigen Verkehrsmitteln muß die Sicherheit eine überragende und für alle Gebiete übergeordnete Bedeutung erreichen, d.h. die Unfallquote mußte bei einer neuen Hochgeschwindigkeitsbahn unterhalb der konventionellen Verkehrsmittel liegen. (Tabelle 2)

Je nach Konstruktion der lebenswichtigen Elemente wird man die Sicherheit eines Transport-

Tabelle 5

systems entscheidend beeinflussen können. Dies hängt in erster Linie von folgenden Einflußgrößen ab:

- Lastabstützung

- Spurführung

Bei hohen Geschwindigkeiten, wo Luftwiderstand und Antrieb die Vortriebskraft und Stabilisierung des Fahrzeuges wesentlich beeinflussen, müssen die Sicherheitsfragen der einzelnen Komponenten eingehend untersucht werden.

So sind bei den Schwebefahrzeugen besonders die Auftrieb- und Seitenwindkräfte, Druck- und Sogwirkungen am Bug und Heck des Fahrzeuges zu berücksichtigen.

Bei den meisten Schnellbahnsystemen können diese aerodynamischen Kräfte, die das Fahrzeugeigengewicht übersteigen, nicht mehr oder nur mit großem Aufwand aufgefangen werden. Daran kann beispielsweise ein ganzes System scheitern oder durch eine bestimmte Höchstgeschwindigkeit im Einsatz begrenzt werden.

Von großem Vorteil ist hier eine frei pendelnde Aufhängung des Fahrzeuges. So können die Wagen bei Kurvenfahrten ausschwenken, wobei der Winkel der Ausschwenkung von der Geschwindigkeit der Schnellbahn abhängt.

Die berührungslosen Schwebesysteme müssen bei Ausfall des Stützsystems wie Rad/Schiene, Luft bzw. Magnetkissenstützung, eine zuverlässige Notgleit- und Bremseinrichtung aufweisen.

Die Entwicklung des Notsystems fährt zunächst über das Hauptsystem wie:

Die Nebenaufgaben eines solchen Notsystems liegen in:

Die Notsysteme gliedern sich somit in:

Jede der Systemkomponente hat einen bevorzugten Geschwindigkeitsbereich:

Die einzelnen Notsysteme können nebeneinander oder auch hintereinander in Funktion treten. Der Funktionsablauf wird durch ein rechnergestütztes Pegelsystem abgewickelt, so daß je nach Fahrverhalten, Geschwindigkeit und Störquelleneinfluß ein bestimmtes Programm die Notsysteme schaltet.

Die Jahrzehnte langen Bemühungen, die Reisegeschwindigkeit durch Erhöhung der Spitzengeschwindigkeit und durch Verkürzung der Beschleunigungs- und Bremswege (größere Antriebskräfte und bessere Bremsen) zu erhöhen, können jetzt durch zusätzliche Anwendung der elektronischen Datenverarbeitung (EDV) zu wesentlich leistungsfähigeren Betriebsverfahren führen.

Die grundsätzliche Idee, die Reisegeschwindigkeit durch Eliminierung der Zeitverluste auf den zahlreichen Zwischenhaltestellen der Spitzengeschwindigkeit anzunähern, entstand bereits vor Jahrzehnten. Realisieren läßt sich diese Idee allerdings erst heute, wobei die konventionellen Methoden der Signal- und Sicherungstechnik nicht ausreichen und die zwischenhaltlosen Betriebsarten deshalb von konservativen Eisenbahnern vielfach mit Skepsis betrachtet werden. Die bisher nur in der Theorie bestehenden Betriebsarten beruhen in allen Fällen auf einem einfachen Prinzip: 1)er Zug fährt mit voller Dienstgeschwindigkeit auf allen an seiner Fahrstrecke liegenden Bahnhöfen ohne halt durch, so daß seine Reisegeschwindigkeit fast der Spitzengeschwindigkeit entspricht, da nur einmal beschleunigt und abgebremst wird.

Das Ein- und Aussteigen der Fahrgäste an Zwischenstationen wird dadurch möglich, dass besondere, auf jeder Station bereitstehende Triebwagen mit den zusteigenden Fahrgästen auf die Geschwindigkeit des durchfahrenden Zuges gebracht und an diesen stoßfrei gekuppelt werden. Zum Verlassen des Zuges wird ein Wagen mit den Fahrgästen, die aussteigen wollen, so rechtzeitig vom Zug gelöst, daß er selbständig in die nächste Haltestelle einfahren und dort Halten kann.

Die modernen Transportsysteme messen in der Gesamtheit - Mensch-Maschine-System - in denen die menschlichen und technischen Faktoren mit hoher Geschwindigkeit und Präzision zusammenwirken, gesehen werden, tun bei geforderter Leistung eine ausreichende Zuverlässigkeit bei noch vertretbarer Wirtschaftlichkeit zu erreichen.

Die Steigerung der Geschwindigkeit und Leistung, wird jedoch oft mit einer Überforderung des Transportmittelfahrers erkauft. Die menschlichen Leistungsreserven werden geschmälert, inbesondere infolge der Kompliziertheit der Steuerungs- und Überwachungsorgane.

In der Transporttechnik treten instationäre und stationäre Transportabläufe auf, durch mittelbare od6r unmittelbare Rückkopplungen zwischen Ausgangs- und Eingangsgrüßen, gesteuert mit dem Ziel, eine möglichst große Stabilität des Transportvorganges und hohen Transportleistungen zu erreichen.

In Bild 11 ist das Schema der offenen Wirkungskette skizziert. In diesem Fall wird der Transportvorgang über ein Programm mechanisch geregelt. Auftretende Störquellen werden hierbei noch mechanisch ausgeglichene)

Bild 11

In I wird das Programm eingegeben, das aber einen Informationswandler II die Steuerorgane III regelt, die wiederum die mechanische Operation des Transportmittels infolge Energiezufuhr ermöglichen.

In Bild 12 werden neben dein mechanischen Transportprozess die Störquellen, die von den Meßeinrichtungen aufgenommen werden, automatisch verarbeitet. Der mechanische Transportprozess I wird gesteuert über die Meßeinrichtung II, den Wandler der Meßsignale III, der Verarbeitung der vom Prozess kommenden Information in Steuersignale IV zur Wandlung der Steuersignale in mechanische Steueroperation V.

Mit Bild 13 wird das Grundprinzip einer Fahrzeugsteuerung gezeigt. Bei diesem System ist das Ziel durch Leitliniensteuerung vorbestimmt der Fahrer kann wahlweise in die Steuerung eingreifen.

Das in Bild 14 dargestellte System erhält eine Zielinformation, beispielsweise eine optische oder magnetische Kodeadresse, die gemeinsam mit dem Fahrzeug den Transportweg durchläuft. Beim Ablesen vor der Station wird auf elektrischemWege die Kodenummer durch einen Computer verglichen und bei Übereinstimmung ein elektrisches Signal ausgelöst.

Das Signal erregt ein Relais, wodurch entweder eine Weiche oder eine Bremseinrichtung ausgelöst wird.

Die Voraussetzung für das Steuern des Transportablaufes ist eine bestimmte Abstandshaltung der Fahrzeuge entsprechend ihrer Geschwindigkeiten.

Die Abstandsregelung von Fahrzeugen gegeneinander ist eines der Hauptprobleme eines jeden Transportsystems, da von ihr folgende Einflußgrößen bestimmt werden:

Entsprechend der Meß- bzw. Signalverfahren können drei Methoden zur Anwendung kommen:

Deshalb wird man zunächst bestrebt sein. lebenswichtige Teilfunktionen zu automatisieren, um die Zuverlässigkeit und Leistungssteigerung gegenüber den rein manuellen zu erhöhen. Dabei muß die Forderung erfüllt sein, daß durch Eingreifen des Fahrers Fehler im System vermieden werden können. Die zunehmende Ausschaltung der menschlichen Überwachungskontrolle aus dem eigentlichen Regelkreis erschwert jedoch ein rechtzeitiges Eingreifen in Notfällen bei technischen Störungen. Diese technische Kompliziertheit muß durch eine verbesserte elektronische Steuerung, automatische bzw. halbautomatische Zentralüberwachungsanlage und Monitore kompenziert werden.

Es gibt genügend ausgereifte Bausteine für solche Regelsysteme der Transporttechnik, die sich zum Regeln von Transportmitteln bzw. Systeme in stark vermaschten Netzwerken eignen.

Signalumformer und Trennwandler bereiten le direkt oder indirekt erfaßten , zum Regeln von Transportvorgängen erforderlichen Größen auf. In der Zentraleinheit werden die analogen regelungstechnischen Größen bestimmten mathematischen Operationen unterworfen und digitale Signale ausgewertet. Unabhängig von der Automatik können die erforderlichen Funktionseinheiten von Hand bedient werden.

© 1997 bei Erwin Kirch