EBA

Bahnhöfe sind Bahnanlagen mit mindestens einer Weiche, wo Züge beginnen, enden, halten, überholen, kreuzen oder wenden dürfen. Als Grenze zwischen den Bahnhöfen und der freien Strecke gelten im Allgemeinen die Einfahrsignale.

• Auf freien Strecken nur Zugfahrten erlaubt

• An Bahnhöfen auch Rangierfahrten erlaubt

Zugfahrt:

• nach Fahrplan

• technisch gesichert

• nach Signalstellung

Rangierfahrt:

• auf Anweisung des Weichenwärters/Fahrdienstleiters

• 25 km/h Höchstgeschwindigkeit

• Fahrt auf Sicht

• technisch nicht gesichert (bei mechanischen und elektromechanischen Stellwerken; elektrische Stellwerke gesichert)

Minimum aus:

• bauartbestimmte Höchstgeschwindigkeit des Zuges

• Höchstgeschwindigkeit aus Fahrplan

• Streckenhöchstgeschwindigkeit

• signalisierte Höchstgeschwindigkeit

Maximal 10 % Toleranz

Güterzugfahrplan

Fahrplankopf:

• Adolf - Hörsel : Strecke

• 69361 : Zugnummer

• TEC : Zuggattung

• 11.12.16 - 9.12.17 : Gültigkeit

• 100 km/h : Höchstgeschwindigkeit

• 632 m / 616 m : Zuglänge

• Mbr 70 G / Mbr 46 G : Mindestbremshundertstel

Fahrplan (Leserichtung von oben nach unten):

• Spalte 1 : Streckenkilometer (bezogen auf Spalte 2)

• Spalte 2 : erlaubte Schreckenhöchstgeschwindigkeit

• Spalte 3a :

  • - ZF GSM-R - : Zugfunk

  • Adorf : aktueller Bahnhof/Haltepunkt

  • I 600 A : maximaler Entnahmestrom (der Oberleitung)

  • ¥ : Weichenbereich zu Ende, Abzweigstelle

  • Bksig, Bk Grün, El 1, Bkvsig : Signale

• Spalte 3b : Streckenkilometer (bezogen auf Spalte 3a)

• Spalte 4 : Ankunftszeit

• Spalte 5 : Abfahrtszeit

• Streckenhöchstgeschwindigkeit (Lf6/Lf7)

• Langsamfahrt -> 60 km/h

• gelb: Voranzeiger im Abstand von 1000 m zum Hauptanzeiger

• weiß: Anzeiger ab wann Geschwindigkeit gilt

• Vor- und Hauptsignal Stellung Halt (Vr0/Hp0)

• Vorsignal im Abstand von 1000 m zum Hauptsignal

• Vor- und Hauptsignal Stellung Fahrt (Vr1/Hp1)

• Vorsignal im Abstand von 1000m zum Hauptsignal

• Vor- und Hauptsignal Stellung Langsamahrt (Vr2/Hp2)

• Langsamfahrt -> 40 km/h

• Vorsignal im Abstand von 1000m zum Hauptsignal

• signalisierte Höchstgeschwindigkeit (Zs3v/Zs3)

• gelb: Voranzeiger im Abstand von 1000 m zum Hauptanzeiger

• weiß: Anzeiger ab wann Geschwindigkeit gilt

• Gilt bei Einfahrt bis zum nächsten Signal oder bis zum Halteplatz

• Gilt bei Ausfahrt vom Halteplatz oder Ausfahrsignal im anschließenden Weichenbereich!

• Vorsignaltafel (Ne2) kennzeichnet den Standort eines Vorsignals

  -> fehlt die Vorsignaltafel liegt ein Vorsignalwiederholer vor

• weißes Kennlicht signalisiert, dass Vorsignal im Abstand von weniger als 1000 m zum Hauptsignal steht

• Vorsignalbalken (Ne3) kündigen Vorsignal an

• 240 m, 160 m, 80 m Entfernung zum Vorsignal

• Ersatzsignal (Zs1) befindet sich am Hauptsignal

• bedeutet, dass am haltzeigenden Signal vorbeigefahren werden darf (mit 40 km/h, technisch nicht gesichert)

• Gleissperrsignale (Sh0/Sh1)

• schwarz: Formsignale

• weiß: Lichtsignal

• links: Hektometertafel -> oben: Streckenkilometer; unten: 100 Meter

• mittig: Haltetafel (Ne5) -> kennzeichnet am Bahnhof/Haltepunkt, wo der Zug halten soll; Zusatzangabe in Metern unter dem Schild gibt die maximale Zuglänge, die dort halten darf, an

• rechts: LZB-Bereichskennzeichen (Linienförmige Zugbeinflussung)

• Abfahrtsbefehl (Zp9)

• Bahnübergang-Überwachungssignale (Bü0, Bü1, Bü2)

• links: Bahnübergang nicht geschlossen -> Halten und Sichern!

• mittig: Bahnübergang geschlossen -> Fahrt

• rechts: kennzeichnet Einschaltkontakt des kommenden Bahnübergangs

• links: Pfeiftafel (Bü4) -> Pfeife, Makrofon betätigen

• Rangiersignale (Ra10, Ra11)

  • mittig: Rangierfahrten nur bis Anzeiger erlaubt

  • rechts: Wartetafel, Rangierleiter muss Zustimmung zur Weiterfahrt erteilen

• Weichensignale (Wn1, Wn2): zeigen Richtung der Weiche an

• Weichensignale (Wn3, Wn4, Wn5, Wn6): zeigen Richtung für Doppelkreuzungsweichen an

• Induktive Zugsicherung über Koppelspulen

• Zugseite (rot): Frequenzgenerator (2000Hz, 1000Hz, 500Hz) mit Serienschwingkreis; im Grundzustand ist das Relay angezogen und der Kontakt geschlossen

• Gleisseite (blau): abgestimmter Parallelschwingkreis (je nach Signal); passives Bauteil; Schalter zur Überbrückung

• bei Vorbeifahrt erhöht sich die Impedanz in L1, was zum Abfall des Relays und zum Öffnen des Kontaktes auf der Zugseite führt

• sicherer Zustand des Systems: Drahtbruch führt zum Auslösen des Signals

• 1000 Hz-Signal an Vorsignal im Abstand von 1000 m zum Hauptsignal -> Überwachungssignal

• 500 Hz-Signal im Abstand von 250 m zum Hauptsignal -> Überwachungssignal

• 2000 Hz-Signal am Hauptsignal -> Auslösen führt zu Zwangsbremsung

• 1000 Hz:

  • Vorsignal in Stellung Halt erwarten

  • Ankündigung einer Höchstgeschwindigkeit von ≤ 70 km/h

  • Ankündigung von 80 km/h und der Zug passiert mit ≥ 95 km/h

  • Ankündigung von 90 km/h und Zug passiert mit ≥ 105 km/h

  • Bahnübergangs-Überwachungssignal zeigt defekten Übergang an

• 500 Hz:

  • Hauptsignal zeigt Halt oder Höchstgeschwindigkeit ≤ 30 km/h

  • Herabsetzung der Streckengeschwindigkeit auf ≤ 30 km/h

• 2000 Hz:

  • Hauptsignal zeigt Halt

  • Geschwindigkeitsprüfabschnitt wird zu schnell überfahren

Innerhalb von 4 Sekunden nach der Vorbeifahrt an:

• Signalen, die „Halt erwarten“ signalisieren

• Signalen, die Geschwindigkeiten < 100 km/h für das nächste Signal signalisieren

• Bü0 zeigenden Überwachungssignalen (nicht geschlossene, ungesicherte Bahnübergänge)

• alleinstehenden Vorsignaltafeln (Ne2)

• Bei erlaubter Vorbeifahrt an einem haltzeigenden Signal (s. Ersatzsignal Zs1)

• Während der Betätigung der Befehlstaste wird ab der 2000 Hz-Beeinflussung eine Geschwindigkeitsüberwachung von v = 40 km/h wirksam -> wird durch den Leuchtmelder „Befehl 40“ angezeigt

Nach einer Zwangsbremsung um diese zu quittieren

• Geschwindigkeit je nach Zugart

  • 85: Zugart O

  • 70: Zugart M

  • 55: Zugart U

• Befehl 40: Geschwindigkeitsüberwachung bei 40 km/h nach Betätigen der PZB Befehlstaste und dem erlaubten Überfahren eines haltzeigenden Signals (mit aktivem Ersatzsignal Zs1)

• 500 Hz:

  • Anzeige nach Beeinflussung

  • Anfang der Überwachungskurve bei Beeinflussung (Zugart O: 65 km/h → 45 km/h in 153 m)

• 1000 Hz:

  • Drücken der Wachsamkeitstaste bis zu vier Sekunden nach Beeinflussung

  • Anzeige nach Loslassen der Wachsamkeitstaste

  • Anfang der Überwachungskurve bei Beeinflussung (Zugart O: 165 km/h → 95 km/h in 20 s)

• LZB-Linienleiter in Kurzschleifentechnik von 300 m Länge gelegt

• Abstand von Streckengerät zum nächsten bei 600 m

• linker Balken: Abstand zum nächsten Hauptsignal

• B: Fahrzeug für LZB betriebsbereit

• Ü: LZB-Führung

• G: Leuchtet von 1000 m vor Bremseinsatzpunkt bis Zielpunkt

• Ende: LZB-Ende-Ankündigung / quittiert (innerhalb von 10s über Freitaste von PZB quittieren)

• H: LZB-Halt wurde überfahren

• S: LZB-Zwangsbremsung

• 55/70/85/Befehl 40/500Hz/1000Hz: PZB Leuchtmelder

• zur Feststellung der Dienstunfähigkeit des Triebfahrzeugführers

• Bedienung durch Drücken von Tastern oder Fußpedal

• bei Drücken nach 30 s Leuchtmelder

• danach oder nach Loslassen ertönt nach 2,5 s die Hupe

• nach weiteren 2,5 s erfolgt eine Zwangsbremsung

• Bedienung über Führerbremsventil -> im Bereich von 5 bar (gelöst) bis 3,5 bar (maximale Bremswirkung) bedienbar

• bei Undichtigkeit der Druckluftleitungen oder Trennung eines Wagons fällt Druckluft ab und Zug inklusive Wagons führen eine Schnellbremsung durch

Wechselstrom, 25 kV, 50 Hz:

• Nordfrankreich, Großbritannien, Dänemark, Tschechien, Slowakei, Ungarn, Portugal, Finnland

Wechselstrom, 15 kV, 16,7 Hz (früher 16 2/3 Hz):

• Deutschland, Österreich, Schweiz, Schweden, Norwegen

Gleichstrom, 3 kV:

• Belgien, Italien, Slowenien, Spanien, Polen

Gleichstrom, 1,5 kV:

• Niederlande, Südfrankreich

Gleichstrom, 750 V:

• Südengland

• Wechselstrom: vollständige Bahnerdung, alle metallischen Gegenstände in der Nähe der Strecke mit Schienen verbunden. Keine Gleisisolierung benötigt, da Stromrichtung dauerhaft wechselt, sodass im Mittel keine Ladungsträgerbewegung entsteht

  

• Gleichstrom: Schiene vom Boden isoliert und nicht geerdet, sodass Streustromkorrosion vermieden wird

  • Streustromkorrosion entsteht an metallischen Gegenständen (z.B. Rohrleitungen) durch Ströme, die ins Erdreich abwandern und diese dann als Rückleiter in Richtung Unterwerk nutzen

  • Potenzialdifferenz zwischen Erde und Schiene im Unterwerk überwacht und ggf. durch kurze Verbindung ausgeglichen

zentrale Speisung:

• Einspeisung der Energie aus Kraftwerk, Umrichterwerk und Umformerwerk in das „eigene“ 110-kV-Bahnstromleitungsnetz und Verteilung zu den 110-kV-/15-kV-Umspannwerken (DB-Begriff: UNTERWERK)

dezentrale Speisung:

• direkte Einspeisung der 50-Hz-Energie aus Umrichterwerk/Umformerwerk in das 15-kV-Fahrleitungsnetz

• Trennstellen um Fehlerfälle zu begrenzen und erkennen zu können

• evtl. verschiedene Phasenlagen in den einzelnen Speiseabschnitten -> Synchronisation schwierig

• wf: spezifischer Laufwiderstand (setzt sich zusammen aus Rollwiderstand und Luftwiderstand)

• wb: spezifischer Bogen-/Kurvenwiderstand (durch Kurvenfahrt)

• ws: spezifischer Neigungswiderstand (Gleisneigung, -steigung, -überhöhung)

• wa: spezifischer Beschleunigungswiderstand (Trägheitsmoment, -masse)

• Die maximale Zugkraft ist durch die erreichbare Haftreibungskraft (Traktionskraft) bzw. dem Kraftschlussbeiwert beschränkt:

• Die empirisch ermittelte Formel gilt für nasse Schienen (Laub und Nässe senken den Kraftschlussbeiwert zusätzlich)

• In Abbildung 1.3 sind der Kraftschlussbeiwert μ und die für die Überwindung des Zugwiderstands benötigte Haftreibung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit dargestellt. An der Stelle, wo sie sich schneiden, liegt theoretisch die maximal erreichbare Geschwindigkeit. Durch Neuentwicklungen auf dem Gebiet der Fahrwerke, wie zum Beispiel durch eine aktive Federung, kann diese Grenze in Zukunft jedoch noch angehoben werden.

1. Ui = c Φ n (Ui: induzierte Spannung, c: Ankerkonstante, Φ: magnetischer Fluss, n: Drehzahl

2. M = c/2π Φ IA (M: Drehmoment, IA: Ankerstrom)

3. U = Ui ± RA IA (RA: Ankerwiderstand, + steht für Verbraucherzählpfeilsystem, - für Erzeugerzählpfeilsystem)

4. c Φ = LG IF (LG: Gegeninduktivität, IF: Erregerstrom)

• Fremderregt: ist flexibel, aber 2 Spannungsquellen benötigt

• Permanenterregt:

  • für kleine Motoren oft eingesetzt

  • ähnlich wie fremderregt

  • konstantes Drehzahlband

• Doppelschluss:

  • sowohl Reihen- als auch Nebenschlussanteil

  • gemischte Charakteristik

• Nebenschluss

  • Drehzahl nicht über Spannung einstellbar

  • flaches Drehzahlband/harte Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie -> kleine Drehzahländerung führt zu großer Drehmomentänderung

  • parallel geschaltete Maschinen weisen schnell unterschiedliches Moment auf, Raddurchmesser müssten exakt gleich sein und Schienenstöße würden sich negativ auf das Laufverhalten auswirken

  • für Traktionszwecke ungeeignet

• Reihenschluss:

  • weiche Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie -> kleine Drehzahländerung führt zu einer kleinen Drehmomentänderung

  • geht bei Entlastung durch (n(IA=0) → ∞), bei Belastung fällt Drehzahl stark ab

Stromwendespannung:

• Der Strom in jeder der rotierenden Ankerspulen wird durch den Kommutator über die in der neutralen Zone fixierten Bürsten ständig umgepolt. Der Strom wird aufgrund der Induktivität weiter getrieben. Es wird eine Spannung benötigt, um die Stromwendung durchzuführen. Nach der Lenzschen Regel ist die Stromwendespannung so gerichtet, dass sie ihrer Entstehungsursache, nämlich der Stromänderung, entgegenwirkt und so zu einer verzögerten Stromwendung führt. Daher ist der Strom beim Verlassen der Ankerlamelle nicht abgebaut. Hierdurch entstehen an den ablaufenden Bürstenkanten Funken, die zu erhöhtem Verschleiß von Bürsten und Kommutator führen.

• Man versucht daher, die Stromwendespannung in der kommutierenden Spule durch eine rotatorisch induzierte Spannung (Wendepolspannung) zu kompensieren, um eine lineare Kommutierung zu erreichen. Dazu werden sogenannte Wendepole (90° verschoben zu Ankerwicklung) angeordnet, deren Wicklungen in Reihe mit dem Anker geschaltet sind.

Feldverzerrung:

• Bei Belastung ist zusätzlich die Ankerrückwirkung zu beachten. Die Ankerströme bilden ihrerseits eine Durchflutung senkrecht zur Polachse, die Ankerquerdurchflutung, die sich der Erregerdurchflutung überlagert und ein resultierendes Feld bildet. Die Achse des resultierenden Feldes und damit auch die neutrale Zone verschiebt sich ankerstromabhängig bei Motorbetrieb gegen die Drehrichtung. Es entsteht eine Feldverzerrung: an den auflaufenden Kanten der Pole wird das Feld verstärkt, an den ablaufenden Kanten geschwächt. Die maximale Feldverzerrung tritt an den Polkanten auf. Infolge der Feldverzerrung bei Belastung teilt sich die Lamellenspannung jedoch nicht mehr gleichmäßig auf die Kommutatorlamellen auf, das heißt die Lamellenspannung erhöht sich örtlich unter Umständen beträchtlich. Die Erfahrung zeigt, dass die maximale Lamellenspannung einen Grenzwert von UL = 40 V nicht überschreiten darf, da es sonst zu Überschlägen zwischen einzelnen Lamellen kommen kann, die letztendlich zu einem Rundfeuer über den ganzen Kommutator führen können.

• Um die Ankerrückwirkung mit ihren negativen Folgen zu kompensieren, kann eine Kompensationswicklung eingebaut werden. Dazu werden die Hauptpole mit Nuten versehen, in die Leiterstäbe eingelegt werden, die vom Ankerstrom in entgegengesetzter Richtung durchflossen werden. Die Zahl der Leiterstäbe wird so bemessen, dass die Ankerdurchflutung unter den Polen gerade aufgehoben wird.

• Erregerwicklung dient der Erzeugung eines dauerhaften Magnetfeldes

• Bürsten sind für die Stromübertragung und für den Kontakt bei der Kommutierung wichtig

• Ankerwicklung wird mit kommutierendem Strom versorgt und dreht sich aufgrund der Lorentzkraft

  • viele Wicklungen im Anker, um konstantes Moment zu erzeugen

• Anker besteht aus geblechtem Metall, um Wirbelströme zu vermeiden

• höhere Anzahl der Pole führt zu besserem Drehverhalten (geringere Eisenquerschnitte, kürzere magnetische Weglängen)

• Wendepolwicklung, um Überschläge an den Polen bei der Kommutierung/Stromwendung zu vermeiden (zwischen Pol und Bürste)

• Kompensationswicklungen in den Nuten eines Pols, um Überschläge an den Lamellen zu vermeiden (die durch Feldverzerrung entstehen)

• angelegte Ankerspannung ändern (Gleichstromsteller, Widerstände)

• Feldschwächung (Widerstand parallel zur Erregerwicklung)

• Vorwiderstand

• Nebenschlussmaschine:

  • Ankerstrom und Fluss sind 90° phasenverschoben zueinander

  • lediglich Pendelmoment entsteht

  • mittleres Moment geht gegen 0, sodass die Schaltung für den Wechselstrombetrieb ungeeignet ist

• Reihenschlussmaschine:

  • damit der Gleichanteil möglichst groß wird, muss der cos ρ gegen 1 gehen -> Fluss und Ankerstrom liegen in Phase

  • das Nutzmoment entspricht dem Gleichanteil

  • das Pendelmoment wird durch die träge Masse des Rotors abgedämpft

  • Phasenverschiebung ist drehzahlabhängig: Mit steigender induzierter Spannung ui / Drehzahl n wird die Phasenverschiebung kleiner

  • bedingt durch den zusätzlichen induktiven Spannungsabfall nimmt der Einphasenreihenschlussmotor induktive Blindleistung auf (Leistungsfaktor variiert in einem Bereich von cos ϕ = 0,3 bis cos ϕ = 0,98)

• Anker und Stator geblecht, um Wirbelstromverluste zu reduzieren

• die Motorausnutzung bei Wechselstrombetrieb ist bei gleicher magnetischer und thermischer Beanspruchung somit um den Faktor √2 niedriger als bei Gleichstrombetrieb

• durch den wechselnden Erregerfluss transformatorisch eine Spannung in die kurzgeschlossene, kommutierende Spule induziert

• drehzahlunabhängige transformatorische Spannung verursacht in der kurzgeschlossenen, kommutierenden Spule einen Kurzschlussstrom, der über den Kollektor und die Bürste fließt und die Kommutierung durch Funkenbildung erheblich erschwert

• ab einer transformatorischen Spannung von UT = 2,5 V steigt der Kurzschlussstrom stark an. Um die transformatorische Spannung gering zu halten, haben die Ankerspulen von Fahrmotoren nur eine Windung (NS = 1)

• zudem ist die Speisefrequenz f so gering wie möglich zu halten (16,7 Hz) -> transformatorische Spannung geht linear hoch mit der Speisefrequenz

• außerdem sollte der Erregerfluss möglichst klein sein (Φ klein: lFe (Eisenlänge) und τp (Polteilung->Polflächen)) klein, was zu Maschinen mit geringer Eisenlänge und hoher Polpaarzahl führt.

• da die Jochdicke im Haupttransformator umgekehrt proportional zur Frequenz ist, stellt die in Deutschland gewählte Bahnstromfrequenz einen Kompromiss aus der Transformierbarkeit der Fahrdrahtspannung und einer niedrigen transformatorischen Spannung dar (1/3 der Netzfrequenz und 3-fache Jochdicke der Transformatoren)

• Zur völligen Vermeidung von Spannungen in den kommutierenden Spulen wären zwei Komponenten des Wendefelds erforderlich. Die erste Komponente müsste proportional zum Motorstrom und phasengleich mit ihm sein, um die Läuferdurchflutung in der Pollücke aufzuheben und die Stromwendespannung zu kompensieren. Eine zweite Komponente müsste proportional zum Motorstrom und umgekehrt proportional der Motordrehzahl (Bewegungsspannung) sein und 90◦ Nacheilung zum Ausgleich der transformatorischen Spannung haben. Im Motorbetrieb kann die Phasenverschiebung durch Parallelschaltung eines ohmschen Widerstandes zur Wendepolwicklung erreicht werden

  • Da die umgekehrte Proportionalität zur Motordrehzahl nicht erreichbar ist, gelingt der Ausgleich der transformatorischen Spannung nur für eine bestimmte Drehzahl des Motors. Bei anderen Drehzahlen treten Restspannungen auf. Meist wird der Widerstand so dimensioniert, dass der Punkt optimaler Kommutierung bei 75 % der Maximaldrehzahl liegt.

  • drehzahlabhängige Kompensation führte zu Spezialisierung der Loks (Güter-/Personenverkehr)

• Das magnetische Feld eines Wechselstrombahnmotors pulsiert mit der Frequenz und induziert in den unter den Bürsten kurzgeschlossenen Läuferwindungen eine für die Kommutierung schädliche Spannung. Diese Spannung heißt transformatorische Spannung -> sie ist proportional zur Frequenz, zur Windungszahl und zum magnetischen Fluss

• die transformatorische Spannung ist während des Anlaufvorgangs am größten und darf bestimmte Werte nicht überschreiten. Um diese kleinzuhalten, können folgende Maßnahmen ergriffen werden. Diese finden in der Regel nur bei großen Motoren Anwendung:

  • Verkleinern des Erregerflusses je Pol (das führt zu größeren Polpaarzahlen), um große Leistungen zu erhalten, Windungszahl gering (idealerweise gleich 1) halten und Spulen der Pole in Schleifenwicklung verschalten. Das erfordert wiederum eine hohe Läuferspulenzahl und deshalb eine große Lamellenzahl, die aber aus mechanischen Gründen begrenzt ist.

  • damit der durch die transformatorische Spannung angetriebene Strom verringert wird, verwendet man teilweise Spreizkohlebürsten, die den Widerstand zwischen den kurzgeschlossenen Spulen am Kollektor erhöhen

  • die transformatorische Spannung ist der Grund für die Lokomotivspezialisierung, da die Kompensation für unterschiedliche Geschwindigkeiten ausgelegt ist.

• Kompensation der transformatorischen Spannung eines Einphasenreihenschlussmotors

• Zur völligen Vermeidung von Spannungen in den kommutierenden Spulen wären zwei Komponenten des Wendefelds erforderlich. Die erste Komponente müsste proportional zum Motorstrom und phasengleich mit ihm sein, um die Läuferdurchflutung in der Pollücke aufzuheben und die Stromwendespannung zu kompensieren. Eine zweite Komponente müsste proportional zum Motorstrom und umgekehrt proportional der Motordrehzahl sein und 90◦ Nacheilung zum Ausgleich der transformatorischen Spannung haben. Im Motorbetrieb kann die Phasenverschiebung durch Parallelschaltung eines ohmschen Widerstandes zur Wendepolwicklung erreicht werden

  • Da die umgekehrte Proportionalität zur Motordrehzahl nicht erreichbar ist, gelingt der Ausgleich der transformatorischen Spannung nur für eine bestimmte Drehzahl des Motors. Bei anderen Drehzahlen treten Restspannungen auf. Meist wird der Widerstand so dimensioniert, dass der Punkt optimaler Kommutierung bei 75 % der Maximaldrehzahl liegt.

  • drehzahlabhängige Kompensation führte zu Spezialisierung der Loks (Güter-/Personenverkehr)

• Änderung der Speisespannung. Bei der älteren Niederspannungssteuerung ist die Sekundärseite des Haupttransformators hierzu mit Anzapfungen versehen, die mittels eines Schaltwerks mit den Motoren verbunden werden.

• Bei Lokomotivleistungen, die größer als 3 MW sind, werden die zu schaltenden Ströme mit bis zu 13 000 A sehr groß, sodass ein Niederspannungsschaltwerk sehr groß und schwer würde. Daher wird bei großen Leistungen ein Hochspannungsschaltwerk benutzt, bei dem die Anzapfungen an einer Regelwicklung angebracht sind. Das Schaltwerk muss daher nur für Ströme von ungefähr 600 A, aber für Spannungen von bis zu 22 kV geeignet sein. Solche Schaltwerke sind wesentlich kleiner als vergleichbare Niederspannungsschaltwerke. Nach dem Schaltwerk folgt ein Umspanner, der die Spannung auf eine für die Motoren geeignete Größe von bis zu 600 V bringt.

  • Spartransformator besitzt nur eine Wicklung und ist leichter und günstiger als Volltransformator

• Niederspannungsschaltwerk:

  • Abgriff auf der Sekundärseite des Transformators

  • niedrige Spannungen geschaltet werden, aber große Ströme

• Hochspannungsschaltwerk:

  • Abgriff auf der Primärseite des Transformators (Spartransformator)

  • es werden hohe Spannungen aber geringe Ströme geschaltet

• ab einer Leistung von 3MW werden Hochspannungsschaltwerke eingesetzt, da Niederspannungsschaltwerke zu groß werden würden

• Stufentrafo mit ungesteuertem Gleichrichter aus Dioden: Der Wechselstrom, der der Sekundärseite des Transformators entnommen wird, wird durch den nachgeschalteten Gleichrichter zu einem pulsierenden Gleichstrom.

  • Dies ermöglicht die Verwendung einfacher Dioden und den Verzicht auf eine Ansteuerelektronik. Zudem sind die Netzrückwirkungen relativ gering. Allerdings ist die Schaltung nicht rückspeisefähig und aufgrund des Aufwands für Trafo und Schaltwerk groß und schwer.

• Transformator mit festem Übersetzungsverhältnis und gesteuerter Gleichrichter mit Thyristoren: die Verstellung der Spannung geschieht hierbei über den Zündwinkel α.

  • Bei dieser Lösung ist die Netzrückspeisung möglich und der Trafo zudem relativ kompakt. Allerdings hat diese Schaltung größere Netzrückwirkungen und eine größere Stromwelligkeit bei Teilaussteuerung. Zudem ist der Aufwand für die Leistungshalbleiter und die Ansteuerelektronik höher.

• Fourier-Zerlegung am Ausgang: pulsierende Gleichspannung (Gleichanteil + doppelte Frequenz der Wechselspannung)

• ungesteuerter Gleichrichter

• gesteuerter Gleichrichter:

  • durch die Nutzung von Thyristoren, kann die Effektivspannung durch Wahl des Anschnittwinkels verändert werden.

1. Aufteilung der welligen Gleichspannung in einen Gleichanteil und in einen Wechselanteil.

• Bei durchgeschaltetem Thyristor liegt die Fahrdrahtspannung am Motor, der Thyristor übernimmt den Stromfluss und der Maschinenstrom steigt mit der Zeitkonstanten TAF = (LA + LF)/(RA + RF) auf den Endwert (U − Ui)/(RA + RF) an.

• Nach Öffnen des Thyristorschalters wird der Motor vom Fahrdraht getrennt, der Maschinenstrom fließt durch die Freilaufdiode weiter und klingt mit der gleichen Zeitkonstante auf Null ab.

• Durch das Verhältnis von stromführender a T und stromloser (1−a) T Phase am Thyristor wird der Mittelwert der Motorspannung und damit die Drehzahl gesteuert.

• Die Pulsfrequenz beträgt einige 100 Hz bis einige kHz.

• Der Gleichstromsteller erlaubt allerdings nur Einquadrantenbetrieb. Zum Bremsen müssen der Thyristorschalter und die Freilaufdiode durch Schütze schaltungstechnisch vertauscht werden.

• Vorteile:

  • stufenlose Steuerung ergibt höheren Fahrkomfort

  • stetiges Motormoment erlaubt bessere Ausnutzung der Haftreibung und ermöglicht demzufolge höhere mittlere Zugkräfte

  • geringerer Wartungsaufwand, da bei elektronischen Schaltern kein Verschleiß

  • Nutzbremsung möglich, das heißt Energierückspeisung ins Netz

• Nachteile:

  • Kommutator und Bürsten der Gleichstrommaschine sind nach wie vor vorhanden

• doppelte Frequenz macht am Gleichstrommotor eine hohe transformatorische Spannung, die zu hohem Verschleiß der Bürsten führt

  • Lösung ist die Verwendung eines Mischstrommotors

• zwischen Gleichrichter und Reihenschlussmaschine wird eine Drossel geschaltet, die die Wechselströme auf einen vorzugebenden Wert begrenzt

  • doppeltfrequente Spannung fällt an XDrossel ab und erzeugt weniger Wärmeverluste an Rp

• Rp = ohmscher paralleler Widerstand

• Rf = Widerstand der Erregerwicklung

• Rp > Rf -> Gleichanteil soll durch Erregerwicklung fließen

• doppelt frequenter Anteil soll über Rp fließen (Rf sperrt bei großen Frequenzen)

• Rp und XDrossel erforderlich, da nur eine Drossel ein zu großes Bauteil erfordern würde

• Mischspannungsmotor:

  • lässt Wechselstrom durch

  • die transformatorische Spannung bleibt bestehen

  • deshalb eignet sich dies nicht als Lösung hinter einem Gleichrichter

• Mischstrommotor:

  • filtert Wechselanteil des Stroms heraus

  • es bleibt keine transformatorische Spannung bestehen

  • über XDrossel fließt der Gleichanteil über Rp der Wechselanteil. Da Rp groß ist, wird der Wechselanteil in Wärme umgesetzt, während der Gleichanteil bestehen bleibt. Rp kann in der Praxis durch eine vorgeschaltete Drossel nicht zu groß gewählt werden, sodass nicht viel Leistung verloren geht.

• Schleifringläufer:

  • durch das Vorschalten von Widerständen kann der Anlaufstrom begrenzt werden

  • nach dem Anlaufen werden die Schleifringe kurzgeschlossen

• Käfigläufer: Gitterstäbe werden durch einen Kurzschlussring kurzgeschlossen

• die Asynchronmaschine kann in drei Betriebsbereichen arbeiten:

  • Motor: M > 0, n > 0, s < 1

  • Generator: M < 0, n > n1, s < 0

  • Bremse: M > 0, n < 0, s > 1

• stabil arbeitet die Maschine nur in dem Bereich −skipp < s < skipp

• Wartungsarmut wegen Wegfall des Kommutators und der Bürsten

• geringe Schleuderneigung, da bei Entlastung bald die synchrone Drehzahl erreicht wird

• Nutzbremsung mit einem Vierquadrantsteller

• hohe Leistung bei niedrigem Gewicht, weil die Einschränkungen durch die Kommutierung entfallen

• Frequenz: über Spannungszwischenkreisumrichter (dabei muss parallel die Spannung mit verändert werden, um das Moment zu erhalten -> konstante Statorflussverkettung)

• Polpaarzahl: Dahlanderschaltung, zwei Drehstromwicklungen, polumschaltbare Dahlander-Wicklung (nur mit Kurzschlussläufer möglich, Nachteil: stufiges Umschalten)

  • Schleifringläufer nicht gut umsetzbar, da Polpaarzahl zwischen Ständer und Läufer gleich sein muss, um ein mittleres Moment zu erzeugen

  • beim Käfigläufer wird die Polpaarzahl durch das Ständerdrehfeld aufgeprägt

• Schlupf: Schleifringläufer mit zusätzlichen Widerständen (Nachteil: Wirkungsgrad sinkt durch mehr ohmsche Verluste)

• Klemmenspannung reduzieren: M prop. U_i^2

• Dahlanderschaltung, zwei Drehstromwicklungen, polumschaltbare Dahlander-Wicklung (nur mit Kurzschlussläufer möglich, Nachteil: stufiges Umschalten)

• Schlupf: Schleifringläufer mit zusätzlichen Widerständen

  • Nachteil: Wirkungsgrad sinkt durch mehr ohmsche Verluste

• Frequenz: über Spannungszwischenkreisumrichter (dabei muss parallel die Spannung mit verändert werden, um das Moment zu erhalten)

• Wechselrichter über 4-Quadrant-Steller realisiert

• Ansteuerung über PWM-Signal

• Der große Vorteil dieses PWM-Verfahrens ist, dass man Frequenz und Amplitude der Ausgangsspannung einstellen kann. Die Schaltfrequenz ist dabei sehr viel größer als die Grundfrequenz der Ausgangsspannung. Dadurch erreicht man eine sehr kleine Stromwelligkeit. In der Praxis werden für die Traktionsumrichter eines Triebfahrzeugs Schaltfrequenzen von ungefähr 500 Hz bis 1000 Hz verwendet.

• Generell: Wegen des großen Luftspalts ergeben sich schlechtere elektrische Kennwerte im Vergleich zu Motoren mit Getriebe. Außerdem ist das Bauvolumen meist viel größer. Vorteile sind das Schweben.

• Langstator: Primärteil (Stator) länger als der Sekundärteil (Rotor)

  • in den Streckenabschnitten, die nicht zur Kraftbildung beitragen, entstehen auch Verluste. Hierbei sind die Kosten für eine Umschalteinrichtung zur abschnittsweisen Speisung der Strecke den Energiekosten für den Dauerbetrieb der ganzen, Strecke gegenüberzustellen. Da bei einer abschnittsweisen Speisung die Wicklungen nur kurz belastet werden, können sie mit einer höheren Stromdichte als der Nennstromdichte betrieben werden

• Kurzstator: Primärteil (Stator) kürzer als der Sekundärteil (Rotor)

  • Motor mit passivem Sekundärteil führt das Kurzstatorprinzip zu einem einfachen und kostengünstigen Motor. Nachteilig ist jedoch die notwendige Energiezuführung auf den beweglichen Teil. Bei einer geringen Länge der Fahrstrecke kann die Energie entweder über Schleppkabel oder mit einer induktiven Energieübertragung mit geschlossenem Magnetkreis übertragen werden. Bei einer langen Fahrstrecke und geringer bis mittlerer Leistung kommen für die Energieübertragung Fahrdraht-Stromabnehmersysteme wie bei konventionellen Eisenbahnen oder eine induktive Energieübertragung mit luftspaltbehaftetem Magnetkreis infrage.

• bei der Asynchronmaschine besteht der Primärteil aus einem geblechten Jochpaket und einer Wanderfeldwicklung. Der Sekundärteil wird durch einen Eisenrückschluss, auf dem eine leitfähige Schicht angebracht ist, gebildet. Die Abbildung zeigt eine lineare Kurzstatorasynchronmaschine.

• Vorteile:

  • sehr einfacher Aufbau

  • läuft an einem Netz mit fester Frequenz selbsttätig an

  • Mithilfe von Leistungselektronik ist es zudem möglich, sie mit einer variablen Frequenz zu versorgen und somit drehzahlgeregelt zu betreiben

• Nachteile:

  • großer magnetischer Luftspalt: Zum mechanischen Luftspalt muss noch die Dicke der leitfähigen Schicht hinzuaddiert werden, da Kupfer oder Aluminium eine relative Permeabilität von μr ≈ 1 haben. Dies führt zu einem schlechten Leistungsfaktor, einem großen Schlupf, einer geringen Kraftdichte und einem schlechten Wirkungsgrad

• die Synchronmaschine wird dadurch charakterisiert, dass sich das Wanderfeld im Luftspalt synchron mit dem Sekundärteil fortbewegen muss. Die Verwendung der Synchronmaschine in drehzahlgeregelten Antrieben ist erst mit der Entwicklung von statischen Umrichtern problemlos möglich geworden

• bei einer Synchronmaschine mit Erregung im Sekundärteil besteht der Primärteil aus einem geblechten Jochpaket und einer Wanderfeldwicklung. Bei elektrischer Erregung wird der Sekundärteil durch einen Eisenrückschluss mit ausgeprägten Polen, die mit Erregerspulen bewickelt sind, gebildet

• Vorteil:

  • prinzipbedingt großer Luftspalt ohne Verschlechterung des Leistungsfaktors kann durch eine stärkere Erregung ausgeglichen werden -> hohe Kraftdichte

  • die erreichbare Luftspaltflussdichte und die Leistungsdichte werden bei elektrischer Erregung nur durch die Eisensättigung begrenzt. Höhere Flussdichten können mit supraleitenden Erregerspulen ohne Eisenkern erreicht werden.

• allgemein: anziehend instabil, abstoßend stabil

• elektromagnetisches Schweben (statisch-anziehend):

  • beruht auf der Kraft an Grenzflächen unterschiedlicher Permeabilität

  • meist U-förmigen Eisenjoch, mit einer Erregerwicklung - oder alternativ einem Permanentmagneten - ein magnetischer Fluss erzeugt, der sich über die ferromagnetische Tragschiene der Strecke schließt

  • bei elektrischer Erregung wird die Tragkraft mit dem Erregerstrom eingestellt. Bei stationärem Betrieb treten dabei nur die Stromwärmeverluste in der Erregerspule auf.

  • bei permanentmagnetischer Erregung muss für die Kraftregelung der Luftspalt verändert werden. Dies kann durch Rollenführungen und Hebelarme geschehen. Die Rollen müssen dabei lediglich kleine Restkräfte aufnehmen. Dieses Verfahren arbeitet im stationären Betrieb verlustfrei.

  • Kombination aus permanent- und elektromagnetischer Erregung ist die hybridmagnetische Erregung. Hierbei wird die Grunderregung verlustfrei durch die Permanentmagnete erzeugt. Die Erregerspulen dienen der Stabilisierung des Systems.

• elektrodynamisches Schweben (dynamisch-abstoßend):

  • in eine elektrisch leitfähige Tragschiene durch zeitlich oder örtlich veränderliche Magnetfelder Ströme induziert. Nach der Lenzschen Regel rufen die Ströme Magnetfelder hervor, die dem induzierenden Magnetfeld entgegenwirken.

  • hebt ab gewisser Geschwindigkeit ab

  • WICHTIG: für das Tragen ist die Tangentialkomponente und für das Bremsen ist die Normalkomponente des resultierenden Feldes verantwortlich!

• statisch-abstoßend:

  • Permanentmagnete bzw. elektrische Spulen, die sich gegenseitig abstoßen

  • Luftspalt wichtig, Kraft nimmt quadratisch mit dem Abstand ab

  • nur Schweben aber keine seitliche Führung außer man nutzt zusätzliche Regelung oder mechanische Führung (Rollen)

  • Streckenkosten sehr hoch, da Materialien mit hoher Energiedichte verwendet werden müssen.

• dynamisch-abstoßend

• es gibt eine erregende und eine reagierende Spule, die reagierende Spule fährt über die erregende Spule

• das Magnetfeld der reagierenden Spule ist entgegengesetzt der erregenden Spule, wodurch eine Abstoßung entsteht

• nach der Lenzschen Regel wirkt das entstehende Magnetfeld seiner Ursache entgegen. Die Ursache ist das Magnetfeld des Zuges, der über die Schiene fährt (Induktionsstrom entsteht durch zeitliche Änderung der Spule über der anderen)

Vorteile:

• arbeitet nahezu verlustfrei -> nur geringe Stromwärmeverluste

• schwebt auch im Stand

Nachteile:

• instabil -> benötigt aktive Regelung

Vorteile:

• stabiles Schweben sowohl für die vertikale Führung als auch für die Seitenführung

Nachteile:

• magnetische Bremskraft, die sich in Wirbelstromverlusten in der Strecke äußert (Normalflussanordnung)

• ein Schweben im Stillstand ist nur mit einer Wechseldurchflutung realisierbar, die mit hohen Verlusten verbunden ist. Daher werden solche Systeme mit einem mechanischen Trag- und Führsystem für niedrige Geschwindigkeiten kombiniert.

• ein sinnvoller Betrieb erfordert eine Induktion in der Größenordnung von 5 T. Da mit Permanentmagneten momentan nur Luftspaltinduktionen von bis zu 1 T erreicht werden können, ist eine elektrische Erregung unvermeidbar.

• daher ist der effektive Luftspalt sehr groß, was eine große Durchflutung in den Erregermagneten bedingt. Um den Energieaufwand in Grenzen zu halten, werden supraleitende Spulen verwendet, die jedoch eine aufwendige Kühlung erfordern.

• da ferromagnetische Materialien unerwünschte Zugkräfte verursachen, können sie nicht zur Flussführung eingesetzt werden.

• die sinnvolle Abhebegeschwindigkeit liegt bei diesen Systemen im Bereich von 100 km/h.

• elektrodynamisches Schweben

• bei der Normalflussanordnung besteht die Tragschiene aus einer leitfähigen Platte. Die Schiene darf kein ferromagnetisches Material enthalten, da sonst magnetische Zugkräfte entstehen, die der Tragkraft entgegenwirken. Es entstehen sowohl eine Hubkraft FH als auch eine Bremskraft FB. Beide Kräfte sind von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängig.

• Schweben ist aufgrund des Energiebedarfs zur Überwindung der Bremskraft erst oberhalb der Grenzgeschwindigkeit vG ≈ 10 v0 sinnvoll.

• Nachteil: Bremskräfte aus der Normalkomponente des Magnetfeldes

• elektrodynamisches Schweben

• eine Möglichkeit zur Vermeidung der Bremskraft ist die Nullflussanordnung. Hierbei erzeugen zwei Spulen, von denen eine unter und eine über der Reaktionsschiene angeordnet ist, ein magnetisches Quadrupolfeld. Aufgrund des sich ergebenden Feldverlaufs dringt das Feld nur minimal in die Schiene ein. Die Bremskräfte sind daher zu vernachlässigen.

• an den Oberflächen der Platte, die den Spulen zugewandt sind, verläuft das magnetische Feld tangential und erzeugt daher abstoßende Kräfte. Die Kräfte an den beiden Seiten der Platte sind entgegengerichtet und bei vertikaler Symmetrielage der Platte zu den Spulen betragsmäßig gleich, sodass sie einander aufheben.

• wird die Platte aus der vertikalen Symmetrielage ausgelenkt, so nimmt die Kraft an der nun näher liegenden Spule zu, während sie an der anderen abnimmt. Es entsteht also eine resultierende Kraft, die die Anordnung in die vertikale Symmetrielage zurückführt.

• Bei einer Erweiterung des Systems um eine senkrecht stehende Platte werden auf gleiche Weise auch Kräfte zur seitlichen Führung erzeugt.

• Nachteil: komplexe Bauform

• elektrodynamisches Schweben

• die Streckenspulen bestehen aus zwei übereinander angeordneten Teilspulen, die über Kreuz miteinander verschaltet sind. Wenn sich die Erregerspulen in vertikaler Symmetrielage zu den Streckenspulen befinden, wird in beide Teile einer Streckenspule die gleiche Spannung induziert.

• aufgrund der kreuzförmigen Verschaltung der Spulen fließt daher kein Strom, und es werden auch keine Kräfte erzeugt. Bei einer Abweichung von der vertikalen Symmetrielage wird ein Spulenteil von einer größeren Fläche der Erregerspule überstrichen als der andere Spulenteil. Folglich wird in diesen Teil auch eine größere Spannung induziert als in den anderen, was einen Ausgleichsstrom zur Folge hat. Dieser Strom erzeugt ein Magnetfeld, welches an der Spulenhälfte mit der größeren überstrichenen Fläche dem Erregerfeld entgegengerichtet ist und somit abstoßende Kräfte erzeugt. In der anderen Spulenhälfte hingegen entsteht ein gleichgerichtetes Feld und folglich eine anziehende Kraft. Die resultierende Kraft führt die Anordnung in die vertikale Symmetrielage zurück.

• eine Seitenführung lässt sich durch eine Parallelschaltung der gegenüberliegenden Streckenspulen erreichen. Da die in die Streckenspulen induzierte Spannung mit kleiner werdendem Abstand von den Erregerspulen steigt, ist die Spannung nur bei horizontaler Symmetrielage in beiden Streckenteilen gleich. Verlässt das Fahrzeug die horizontale Symmetrielage, so wird an der Seite mit dem kleineren Abstand eine größere Spannung erzeugt als an der anderen Seite. Die Spannungsdifferenz führt zu einem Stromfluss über die Parallelschaltung, der wie bei der Vertikallagerung auch eine Kraft erzeugt, welche die Anordnung in die horizontale Symmetrielage zurückführt.

• wenn die Fahrzeugerregerspulen eine alternierende Magnetisierungsrichtung aufweisen, können sie gleichzeitig als Erregung für eine Langstatorsynchronmaschine ausgenutzt werden. Die Wanderfeldwicklung kann dabei hinter den 8-förmigen Schwebespulen angeordnet werden.

• sehr großer Luftspalt ohne ferromagnetisches Material, da dieses Zugkräfte erzeugen würde

• Um die erforderlichen Flussdichten von 5T zu erzeugen, sind die Fahrzeuge mit supraleitenden Erregerspulen ausgerüstet. Sie werden mit flüssigem Stickstoff auf ungefähr -200 °C gekühlt.

• Ein idealer Supraleiter ist durch das völlige Verschwinden des spezifischen elektrischen Widerstands (R = 0) sowie durch vollkommenen Diamagnetismus (X = -1) unterhalb einer kritischen Temperatur TC gekennzeichnet

• supraleitend = unendlich große Leitfähigkeit

• das Trag– und Führsystem des Transrapid beruht auf dem Prinzip des elektromagnetischen Schwebens. Dabei ziehen die Tragmagnete das Fahrzeug von unten an den Fahrweg heran und die als getrenntes System realisierten Führmagnete halten es seitlich in der Spur. Trag– und Führmagnete sind beidseitig über die gesamte Fahrzeuglänge angeordnet.

• ein Regelsystem stellt sicher, dass der Nennluftspalt dabei stets 10 mm beträgt.

• die Pole des Tragmagneten sind alternierend polarisiert und dienen gleichzeitig als Sekundärteil für den Langstatorsynchronmotor. Die Statorpakete mit den Wanderfeldwicklungen sind beidseitig längs unterhalb des Fahrwegs installiert. Die Tragmagnete am Fahrzeug entsprechen dem Erregerteil (analog zum Rotor einer Synchronmaschine) des Motors. Im Gegensatz zu konventionellen Rad–Schiene– Systemen ist bei der Magnetschnellbahn der primäre Antriebsteil im Fahrweg installiert. Durch Speisung der Wicklungen im Fahrweg mit einem Drehstromsystem wird ein elektromagnetisches Wanderfeld erzeugt, welches das Fahrzeug über seine als Erregerteil wirkenden Tragmagnete mitzieht.

• da das Fahrzeug die Strecke umgreift, kann es keinesfalls entgleisen.

• Zusammenstöße können ebenfalls ausgeschlossen werden, weil es aufgrund des Antriebssystems unmöglich ist, dass sich im selben Streckenabschnitt Fahrzeuge mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten oder sogar in entgegengesetzter Richtung bewegen.

• entlang der Strecke befinden sich in regelmäßigen Abständen Unterwerke, welche aus dem Landesnetz versorgt werden und jeweils zwei Streckenumrichter enthalten. Die Unterwerke speisen in sogenannte Streckenkabel entlang der Strecke, wobei sich ihr Abstand voneinander sowie ihre installierte Leistung nach den jeweiligen Anforderungen richtet. Um die Verluste in Grenzen zu halten, wird nicht die gesamte Strecke dauernd gespeist, sondern nur der Abschnitt in dem sich das Fahrzeug gerade befindet. Dazu verbinden Streckenschalter den betreffenden Abschnitt der Strecke mit dem Streckenkabel.

• elektrodynamisches Schweben, um einen Abstand zwischen Fahrzeug und Strecke von 100 mm realisieren zu können. Zudem hat das elektrodynamische Schweben den Vorteil, ohne Regelung auszukommen. Allerdings müssen diese Vorteile mit höheren Verlusten durch die Bremskräfte des elektrodynamischen Prinzips erkauft werden.

• um die erforderlichen Flussdichten von 5 T zu erzeugen, sind die Fahrzeuge mit supraleitenden Erregerspulen ausgerüstet. Sie werden mit flüssigem Stickstoff auf ungefähr −200 ◦C gekühlt. Die grauen Flächen an der Seite der abgebildeten Fahrzeuge sind die Oberflächen dieser Fahrzeugmagnete.

• weil die abstoßenden Tragkräfte beim elektrodynamischen Schweben durch Induktionseffekte aufgrund einer Differenzgeschwindigkeit entstehen, kann das Fahrzeug erst bei 100 km/h abheben. Unterhalb dieser Geschwindigkeit muss es von einem Radfahrwerk getragen und geführt werden.

• an den Seiten des U-förmigen Profils befinden sich die achtförmigen Spulen des Differenzflussschwebesystems. Dahinter sind die Spulen des Primärteils des Langstatorsynchronmotors angeordnet, die ebenfalls die Fahrzeugmagnete als Sekundärteil benutzen.

• der Antrieb des MagLev–Systems beruht auf den an– und abstoßenden Kräften, welche die supraleitenden Erregerspulen im Fahrzeug und die seitlich im Fahrweg angebrachten Elektromagnete aufeinander ausüben. Durch Einprägen eines Stromes in die Spulen des Fahrwegs werden dort abwechselnd magnetische Nord– und Südpole erzeugt. Bestromt man diese Spulen abhängig von der Position und Geschwindigkeit des Fahrzeugs, bilden sich mit den Magnetpolen der supraleitenden Spulen im Wagen an– und abstoßende Kräfte aus. Dem Wellenreiten vergleichbar wird das Fahrzeug so von einem mit der gewünschten Geschwindigkeit laufenden Magnetfeld im Fahrweg mitgezogen und vorwärtsbewegt. Daher ist der Antrieb vom Prinzip der gleiche wie beim Transrapid–System, mit dem Unterschied, dass die Erregung beim MagLev–System mittels supraleitender Spulen erzeugt wird.

• Energie muss von Bord aus bereitgestellt werden (über Gasturbine), da der Einsatz eines Lineargenerators nicht möglich ist ohne Eisenkern in der Strecke und Nutoberwellen (kontraproduktiv beim elektrodynamischen Schweben)

• ein Problem der linearen Asynchronmaschine ist der große magnetische Luftspalt. Zum mechanischen Luftspalt muss noch die Dicke der leitfähigen Schicht hinzuaddiert werden, da Kupfer oder Aluminium eine relative Permeabilität von μr ≈ 1 haben. Dies führt zu einem schlechten Leistungsfaktor, einem großen Schlupf, einer geringen Kraftdichte und einem schlechten Wirkungsgrad. Der magnetische Luftspalt lässt sich durch Ausführung der leitfähigen Schicht als in Nuten eingelassene Käfigstruktur verringern. Aufgrund der Toleranzen in der Lagerung ist der Luftspalt bei linearen Maschinen aber dennoch oft mehrere Millimeter groß.

• bei einem Motor mit passivem Sekundärteil führt das Kurzstatorprinzip zu einem einfachen und kostengünstigen Motor. Nachteilig ist jedoch die notwendige Energiezuführung auf den beweglichen Teil. Bei einer geringen Länge der Fahrstrecke kann die Energie entweder über Schleppkabel oder mit einer induktiven Energieübertragung mit geschlossenem Magnetkreis übertragen werden. Bei einer langen Fahrstrecke und geringer bis mittlerer Leistung kommen für die Energieübertragung Fahrdraht-Stromabnehmersysteme wie bei konventionellen Eisenbahnen oder eine induktive Energieübertragung mit luftspaltbehaftetem Magnetkreis infrage.

• für den Personenfernverkehr mit seinen großen Geschwindigkeiten und Leistungen wurde bisher keine brauchbare Lösung gefunden. Daher werden bei diesen Systemen Langstatormotoren eingesetzt.

• Um die Fahrzeugbatterie nachzuladen, muss dem Fahrzeug kontinuierlich Energie zugeführt werden. Hierzu hat der Transrapid einen Lineargenerator, der ähnlich funktioniert wie eine Homopolarmaschine. Durch die Nutung des Primärteils des Linearmotors ist der Erregerflussverlauf unter den Polen nicht homogen, sondern variiert mit dem Ort. Dieser Effekt wird auch als Nuteffekt bzw. Nutoberwelle bezeichnet. Ordnet man nun in dem Erregerpol eine Wicklung an, die als Polteilung die halbe Nutteilung des Motors hat, wird die durch sie aufgespannte Fläche von einem Fluss durchsetzt, der mit der Bewegung des Fahrzeugs variiert. Dies wiederum führt zu einer induzierten Spannung, die zur Ladung der Batterien genutzt werden kann.

• nur während der Fahrt aktiv