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Magnetschwebebahnen sind heutzutage weit verbreitet. Der GP von Japan Railways ist jedoch ziemlich einzigartig und besser als die anderen Züge. Mit einer Geschwindigkeit von mehr als 600 km/h gilt er als der schnellste Zug unter den Magnetschwebebahnen. Er schwebt mit supraleitenden Magneten und wird daher auch SC Edles genannt.
Einmal mit einem Erregerstrom aufgeladen, erzeugen die supraleitenden Magnete einen zirkulierenden Gleichstrom und ein starkes Dauermagnetfeld ohne Verlust. Sehen wir uns einmal mehr über diese erfolgreich getestete Zugtechnologie an, die bis zum Jahr 2027 viele andere Magnetschwebetechnologien ablösen soll. Bis 2030 soll sie zum Beispiel eine Strecke von New York City bis Washington DC in nur einer Stunde zurücklegen.
Um eine Magnetschwebebahn erfolgreich in Gang zu setzen, müssen wir die folgenden drei Ziele erreichen: Erstens Antrieb, zweitens Schweben und drittens Leitlinie. Bevor wir jedoch ins Detail gehen, wie der SC EM Ergriff diese Ziele erreicht, wollen wir uns mit dem Herzstück des Zuges beschäftigen: den supraleitenden Magneten.
Schwebebahnen benötigen enorm starke Elektromagnete. Je stärker diese Magnete, desto mehr Auf- und Vertriebskraft haben sie, was zu einer höheren Zuggeschwindigkeit führt. Aufgrund der Erwärmung kann der Stromwert von einem normalen Elektromagneten jedoch nicht über eine bestimmte Grenze hinaus erhöht werden.
Bei supraleitenden Elektromagneten wird die Temperatur des Leiters unter eine kritische Grenze gesenkt. Danach produziert das Material plötzlich einen enormen Stromfluss mit 0 Widerstand, und das ist genau das, was wir wollen. Das Interessante daran ist, dass man die supraleitenden Spulen nur einmal mit einem Erregerstrom aufladen muss, damit die Spulen einen ewig anhaltenden zirkulierenden Gleichstrom erzeugen – ohne Energieverlust.
Der Strom, der durch die supraleitenden Spulen zirkuliert, ist gewaltig: 700 Kiloampere, fast das Zehntausendfache von herkömmlichen Haushalts-Kupferdrähten. Somit sind die supraleitenden Elektromagnete offensichtlich die stärksten und effizientesten. Die Herausforderung besteht darin, die Spulen in einem supraleitenden Zustand zu halten. Zu diesem Zweck wird ein Onboard-Kältesystem mit flüssigem Helium verwendet.
Der Supraleiter im Ergriff hat eine Ob-Titan-Legierung mit einer kritischen Temperatur von 9,2 Kelvin. Um die Temperatur dieser Legierung unter dieser Grenze zu halten, wird sie von flüssigem Helium mit einer Temperatur von 4,5 Kelvin umströmt. Nachdem Überströmen des Leiters verdampft das flüssige Helium. Um es dann wieder in den Ausgangszustand zu bringen, kommt ein Helium-Kompressor und ein Kälteaggregat zum Einsatz.
Die Kältemaschine arbeitet nach dem Prinzip des Kältekreislaufs von Gifford-McMahon. Doch damit ist die Ingenieursarbeit der Ergriff-Abteilung noch nicht beendet. Der Supraleiter kann auch von außen Wärme in Form von Strahlung aufnehmen. Um diese Aufnahme zu verhindern, wird rundherum ein Strahlungsschild angebracht.
Wenn der Zug jedoch in Betrieb ist, können sich in diesem Schild Wirbelströme und Erwärmungen bilden. Um diese Erwärmung zu neutralisieren, muss auch das Strahlungsschild gekühlt werden, wofür flüssiger Stickstoff genutzt wird. Um einen konvektiven Wärmeübergang zu verhindern, wird im Inneren des Strahlungsschildes ein Vakuum aufrechterhalten.
Vier solcher Supraleiter mit entgegengesetzter Strompolarität sind in einer Einheit angeordnet. Obwohl die Elektromagneten einem SCF ohne Stromzufuhr arbeiten, benötigt die Ergriff-Abteilung eine gute Menge an Strom. So viele Einheiten werden auf beiden Seiten des Zuges angebracht.
Wie bereits erwähnt, ist die erste Aufgabe der Vortrieb. Den Zug vorwärts anzutreiben ist ganz einfach. Hierzu werden normale Elektromagneten verwendet, die Antriebsspulen genannt werden. Diese Antriebsspulen werden wie dargestellt betrieben und befinden sich in einer Führungsschiene.
Als Nächstes brauchen wir eine Kraft, die die Antriebsspulen auf die supraleitenden Magnete des Zuges ausüben. Bitte beachtet, dass ihr euch zum Verständnis der Kraftrichtung zwischen Magneten nur die nächstgelegenen Pole ansehen müsst. Auf diese Weise analysieren wir jetzt die Kraft, die durch die Antriebsspulen auf die supraleitenden Spulen wirkt.
Wenn man nun das Ergebnis all dieser Kräfte zusammenzählt, ist die Nettokraft in Vorwärtsrichtung. Also bewegt sich der Zug vorwärts. Sobald der Zug dann die nächste Position erreicht, wechseln die Antriebsspulen die Polarität, sodass die Nettokraft wieder in Vorwärtsrichtung geht. Allein durch die Steuerung der Frequenz dieses Umschaltens kann die Geschwindigkeit gesteuert werden.
Kommen wir nun zum interessantesten Teil dieser Technologie: dem Schweben des SC Nedlitz. Vielleicht werdet ihr überrascht sein, dass der SCF nur mit Hilfe dieser einfachen achterförmigen Spulen schweben kann, die nicht einmal mit Strom versorgt werden.
Im Fahrwerk sind viele solcher achterförmigen Spulen angeordnet. Um die Schwebetechnik zu verstehen, sollten wir uns zunächst die Beschaffenheit eines supraleitenden Magnetepaars ansehen. Das Magnetfeld, das durch dieses Paar SC-Magnete erzeugt wird, ist dem eines langen Dauermagneten sehr ähnlich.
Zur Vereinfachung dieser Analyse ersetzen wir jetzt dieses Paar durch einen langen Stabmagneten. Wenn sich ein Stabmagnet parallel zu diesen achterförmigen Spulen bewegt, weißt du, was passieren wird? Der variierende Magnetfluss setzt an beiden Kreisläufen eine EMK in Gang.
Diese EMKs laufen in dieselbe Richtung. Bitte beachtet, dass es sich um eine verdrehte Spule handelt. Erst wenn wir sie abwickeln, werden wir die richtige Richtung erkennen können. Es ist klar, dass die induzierten EMKs in entgegengesetzter Richtung verlaufen, was bedeutet, dass die Netto-EMK, die durch die Bewegung des Stabmagneten in dieser Spule induziert wird, gleich null ist und kein Strom durch den Kreislauf fließt. Kurz gesagt, ein Stabmagnet, der sich durch die Mitte des Kreislaufs bewegt, hat keinen Einfluss auf den Kreislauf.
Sehen wir uns nun den gleichen Fall an, aber dieses Mal liegt der Magnet leicht versetzt zum Kreislauf. Hier ist der untere Kreislauf einem Magnetfluss mit mehr Kraft ausgesetzt, was bedeutet, dass die induzierte EMK auf dem unteren Kreislauf höher ist als auf dem oberen.
Diese höhere Kraft bedeutet auch, dass ein Netto-Strom durch den Kreislauf fließen wird. Dieser Stromfluss erzeugt einen Südpol am oberen Kreis und einen Nordpol am unteren Kreis. Wenn man die Kraftinteraktion zwischen den Magnetpolen analysiert, wird klar, dass eine resultierende Kraft nach oben auf den supraleitenden Magneten wirkt.
Wenn diese Kraft größer ist als die Anziehungskraft, bewegt sich der Magnet nach oben. Somit erzeugt die Bewegung eines supraleitenden Magneten parallel und versetzt zu einer achterförmigen Spule einen Schwebezustand. Wenn sich der Magnet nach oben bewegt, verringert sich die Differenz zwischen den EMKs und dem Stromfluss im Kreislauf, was bedeutet, dass sich die Kraft auf die Schleife ebenfalls verringert.
Wenn die nach oben gerichtete Kraft dann gleich der Anziehungskraft wird, ist der Magnet im Gleichgewicht und der Zug schwebt. Mit dieser Technologie erreichten japanische Ingenieure ein Schweben von 9,9 Zentimetern.
Natürlich ist die Schwerkraft umso größer, je höher die Geschwindigkeit des Zuges ist, was bedeutet, dass der Zug im Stillstand nicht schweben kann. Aus diesem Grund hat der SCM Ergriff auch Räder zum Anfahren und zur langsamen Fahrt. Wenn der Zug dann eine kritische Geschwindigkeit erreicht, werden die Räder eingefahren, weil die elektromagnetische Kraft stark genug ist, um den Zug schweben zu lassen.
Einmal mit einem Erregerstrom aufgeladen, erzeugen die supraleitenden Magnete einen zirkulierenden Gleichstrom und ein starkes Dauermagnetfeld ohne Verlust. Sehen wir uns einmal mehr über diese erfolgreich getestete Zugtechnologie an, die bis zum Jahr 2027 viele andere Magnetschwebetechnologien ablösen soll. Bis 2030 soll sie zum Beispiel eine Strecke von New York City bis Washington DC in nur einer Stunde zurücklegen.
Um eine Magnetschwebebahn erfolgreich in Gang zu setzen, müssen wir die folgenden drei Ziele erreichen: Erstens Antrieb, zweitens Schweben und drittens Leitlinie. Bevor wir jedoch ins Detail gehen, wie der SC EM Ergriff diese Ziele erreicht, wollen wir uns mit dem Herzstück des Zuges beschäftigen: den supraleitenden Magneten.
Schwebebahnen benötigen enorm starke Elektromagnete. Je stärker diese Magnete, desto mehr Auf- und Vertriebskraft haben sie, was zu einer höheren Zuggeschwindigkeit führt. Aufgrund der Erwärmung kann der Stromwert von einem normalen Elektromagneten jedoch nicht über eine bestimmte Grenze hinaus erhöht werden.
Bei supraleitenden Elektromagneten wird die Temperatur des Leiters unter eine kritische Grenze gesenkt. Danach produziert das Material plötzlich einen enormen Stromfluss mit 0 Widerstand, und das ist genau das, was wir wollen. Das Interessante daran ist, dass man die supraleitenden Spulen nur einmal mit einem Erregerstrom aufladen muss, damit die Spulen einen ewig anhaltenden zirkulierenden Gleichstrom erzeugen – ohne Energieverlust.
Der Strom, der durch die supraleitenden Spulen zirkuliert, ist gewaltig: 700 Kiloampere, fast das Zehntausendfache von herkömmlichen Haushalts-Kupferdrähten. Somit sind die supraleitenden Elektromagnete offensichtlich die stärksten und effizientesten. Die Herausforderung besteht darin, die Spulen in einem supraleitenden Zustand zu halten. Zu diesem Zweck wird ein Onboard-Kältesystem mit flüssigem Helium verwendet.
Der Supraleiter im Ergriff hat eine Ob-Titan-Legierung mit einer kritischen Temperatur von 9,2 Kelvin. Um die Temperatur dieser Legierung unter dieser Grenze zu halten, wird sie von flüssigem Helium mit einer Temperatur von 4,5 Kelvin umströmt. Nachdem Überströmen des Leiters verdampft das flüssige Helium. Um es dann wieder in den Ausgangszustand zu bringen, kommt ein Helium-Kompressor und ein Kälteaggregat zum Einsatz.
Die Kältemaschine arbeitet nach dem Prinzip des Kältekreislaufs von Gifford-McMahon. Doch damit ist die Ingenieursarbeit der Ergriff-Abteilung noch nicht beendet. Der Supraleiter kann auch von außen Wärme in Form von Strahlung aufnehmen. Um diese Aufnahme zu verhindern, wird rundherum ein Strahlungsschild angebracht.
Wenn der Zug jedoch in Betrieb ist, können sich in diesem Schild Wirbelströme und Erwärmungen bilden. Um diese Erwärmung zu neutralisieren, muss auch das Strahlungsschild gekühlt werden, wofür flüssiger Stickstoff genutzt wird. Um einen konvektiven Wärmeübergang zu verhindern, wird im Inneren des Strahlungsschildes ein Vakuum aufrechterhalten.
Vier solcher Supraleiter mit entgegengesetzter Strompolarität sind in einer Einheit angeordnet. Obwohl die Elektromagneten einem SCF ohne Stromzufuhr arbeiten, benötigt die Ergriff-Abteilung eine gute Menge an Strom. So viele Einheiten werden auf beiden Seiten des Zuges angebracht.
Wie bereits erwähnt, ist die erste Aufgabe der Vortrieb. Den Zug vorwärts anzutreiben ist ganz einfach. Hierzu werden normale Elektromagneten verwendet, die Antriebsspulen genannt werden. Diese Antriebsspulen werden wie dargestellt betrieben und befinden sich in einer Führungsschiene.
Als Nächstes brauchen wir eine Kraft, die die Antriebsspulen auf die supraleitenden Magnete des Zuges ausüben. Bitte beachtet, dass ihr euch zum Verständnis der Kraftrichtung zwischen Magneten nur die nächstgelegenen Pole ansehen müsst. Auf diese Weise analysieren wir jetzt die Kraft, die durch die Antriebsspulen auf die supraleitenden Spulen wirkt.
Wenn man nun das Ergebnis all dieser Kräfte zusammenzählt, ist die Nettokraft in Vorwärtsrichtung. Also bewegt sich der Zug vorwärts. Sobald der Zug dann die nächste Position erreicht, wechseln die Antriebsspulen die Polarität, sodass die Nettokraft wieder in Vorwärtsrichtung geht. Allein durch die Steuerung der Frequenz dieses Umschaltens kann die Geschwindigkeit gesteuert werden.
Kommen wir nun zum interessantesten Teil dieser Technologie: dem Schweben des SC Nedlitz. Vielleicht werdet ihr überrascht sein, dass der SCF nur mit Hilfe dieser einfachen achterförmigen Spulen schweben kann, die nicht einmal mit Strom versorgt werden.
Im Fahrwerk sind viele solcher achterförmigen Spulen angeordnet. Um die Schwebetechnik zu verstehen, sollten wir uns zunächst die Beschaffenheit eines supraleitenden Magnetepaars ansehen. Das Magnetfeld, das durch dieses Paar SC-Magnete erzeugt wird, ist dem eines langen Dauermagneten sehr ähnlich.
Zur Vereinfachung dieser Analyse ersetzen wir jetzt dieses Paar durch einen langen Stabmagneten. Wenn sich ein Stabmagnet parallel zu diesen achterförmigen Spulen bewegt, weißt du, was passieren wird? Der variierende Magnetfluss setzt an beiden Kreisläufen eine EMK in Gang.
Diese EMKs laufen in dieselbe Richtung. Bitte beachtet, dass es sich um eine verdrehte Spule handelt. Erst wenn wir sie abwickeln, werden wir die richtige Richtung erkennen können. Es ist klar, dass die induzierten EMKs in entgegengesetzter Richtung verlaufen, was bedeutet, dass die Netto-EMK, die durch die Bewegung des Stabmagneten in dieser Spule induziert wird, gleich null ist und kein Strom durch den Kreislauf fließt. Kurz gesagt, ein Stabmagnet, der sich durch die Mitte des Kreislaufs bewegt, hat keinen Einfluss auf den Kreislauf.
Sehen wir uns nun den gleichen Fall an, aber dieses Mal liegt der Magnet leicht versetzt zum Kreislauf. Hier ist der untere Kreislauf einem Magnetfluss mit mehr Kraft ausgesetzt, was bedeutet, dass die induzierte EMK auf dem unteren Kreislauf höher ist als auf dem oberen.
Diese höhere Kraft bedeutet auch, dass ein Netto-Strom durch den Kreislauf fließen wird. Dieser Stromfluss erzeugt einen Südpol am oberen Kreis und einen Nordpol am unteren Kreis. Wenn man die Kraftinteraktion zwischen den Magnetpolen analysiert, wird klar, dass eine resultierende Kraft nach oben auf den supraleitenden Magneten wirkt.
Wenn diese Kraft größer ist als die Anziehungskraft, bewegt sich der Magnet nach oben. Somit erzeugt die Bewegung eines supraleitenden Magneten parallel und versetzt zu einer achterförmigen Spule einen Schwebezustand. Wenn sich der Magnet nach oben bewegt, verringert sich die Differenz zwischen den EMKs und dem Stromfluss im Kreislauf, was bedeutet, dass sich die Kraft auf die Schleife ebenfalls verringert.
Wenn die nach oben gerichtete Kraft dann gleich der Anziehungskraft wird, ist der Magnet im Gleichgewicht und der Zug schwebt. Mit dieser Technologie erreichten japanische Ingenieure ein Schweben von 9,9 Zentimetern.
Natürlich ist die Schwerkraft umso größer, je höher die Geschwindigkeit des Zuges ist, was bedeutet, dass der Zug im Stillstand nicht schweben kann. Aus diesem Grund hat der SCM Ergriff auch Räder zum Anfahren und zur langsamen Fahrt. Wenn der Zug dann eine kritische Geschwindigkeit erreicht, werden die Räder eingefahren, weil die elektromagnetische Kraft stark genug ist, um den Zug schweben zu lassen.
Kommen wir als Nächstes zur Leitlinie. Der Zug sollte immer zentriert sein, das heißt, er sollte sich bewegen, ohne gegen die Seitenwände zu stoßen. Mit anderen Worten, er sollte eine seitliche Stabilität erreichen.
Für diese Stabilität sorgten die japanischen Ingenieure ganz einfach, indem sie die zuvor gezeigten achterförmigen Spulen miteinander verbunden haben. Wenn sich der Zug in der Mitte befindet, sind die induzierten EMKs an der rechten und linken Spule gleich und es fließt kein Strom durch die Verbindungsspulen.
Wenn wir jetzt aber annehmen, dass sich der Zug leicht nach rechts bewegt, verursacht diese Verschiebung eine EMK-Differenz zwischen den rechten und linken Spulen, was dazu führt, dass die Verbindungsspulen einen Stromfluss haben.
Dieser Stromfluss durch die Verbindungsspulen beeinflusst den Stromfluss in den beiden unteren Kreisläufen und damit die Polstärke jedes Kreislaufs. Analysieren wir nun die Kräfte, die auf den Zug wirken. Hier kann man sehen, dass die vertikalen Komponenten der Kräfte gleich bleiben. Allerdings manifestiert sich eine horizontale Nettokomponente nach links, die den Zug zwingt, sich zurück zur Mitte zu bewegen.
Wenn sich der Zug dann der Mitte nähert, nehmen die Ströme in den Verbindungskreisläufen ab, bis die horizontale Komponente schließlich ganz verschwindet. Das ist ein wirklich einfacher und genialer Mechanismus zur Stabilisierung des Zuges.
Aus den bisher genannten Punkten kannst du dir sicherlich bereits denken, dass das Kryogensystem und die anderen elektrischen Geräte im Zug eine riesige Menge an elektrischer Energie benötigen. Doch wie überträgt man elektrische Energie auf einen solchen Hochgeschwindigkeitszug? Japan Railways verwendete zu diesem Zweck eine Technik namens kontaktlose Energieübertragung.
Hier wird mit Hilfe des Prinzips der elektromagnetischen Induktion elektrische Energie ohne jeglichen Materialkontakt von den Erdspulen auf die Stromsammelspule im Zug übertragen. Das starke Magnetfeld, das die supraleitenden Magnete erzeugen, kann allerdings gesundheitliche Auswirkungen auf die Fahrgäste haben.
Um dies zu vermeiden, werden magnetische Abschirmungen am Schienenfahrzeug und an der Einsteigevorrichtung verwendet, sodass die Stärke des Magnetfelds unter den empfohlenen Grenzwerten bleibt.
Die Testfahrten der SCM Ergriffs begannen 1997 auf der Yamanashi-Maglev-Teststrecke. Die Testfahrten waren sehr erfolgreich und wurden zehn Jahre lang fortgesetzt, ohne einen einzigen Tag zu versäumen. In dieser Zeit wurde eine Weltrekordgeschwindigkeit von 603 km/h erreicht. Diese äußerst positiven Ergebnisse ermutigten die japanischen Behörden, die kommerzielle SCM-Ergriff-Betriebserlaubnis zwischen Tokio und Nagoya bis zum Jahr 2027 durchzuführen, wobei weitere SCMs folgen sollen. Bevor du gehst, vergiss bitte nicht, ein Teil unseres Teams zu werden. Vielen Dank.
Sehen wir uns nun den gleichen Fall an, aber dieses Mal liegt der Magnet leicht versetzt zum Kreislauf. Hier ist der untere Kreislauf einem Magnetfluss mit mehr Kraft ausgesetzt, was bedeutet, dass die induzierte EMK auf dem unteren Kreislauf höher ist als auf dem oberen.
Diese höhere Kraft bedeutet auch, dass ein Netto-Strom durch den Kreislauf fließen wird. Dieser Stromfluss erzeugt einen Südpol am oberen Kreis und einen Nordpol am unteren Kreis. Wenn man die Kraftinteraktion zwischen den Magnetpolen analysiert, wird klar, dass eine resultierende Kraft nach oben auf den supraleitenden Magneten wirkt.
Wenn diese Kraft größer ist als die Anziehungskraft, bewegt sich der Magnet nach oben. Somit erzeugt die Bewegung eines supraleitenden Magneten parallel und versetzt zu einer achterförmigen Spule einen Schwebezustand. Wenn sich der Magnet nach oben bewegt, verringert sich die Differenz zwischen den EMKs und dem Stromfluss im Kreislauf, was bedeutet, dass sich die Kraft auf die Schleife ebenfalls verringert.
Wenn die nach oben gerichtete Kraft dann gleich der Anziehungskraft wird, ist der Magnet im Gleichgewicht und der Zug schwebt. Mit dieser Technologie erreichten japanische Ingenieure ein Schweben von 9,9 Zentimetern.
Natürlich ist die Schwerkraft umso größer, je höher die Geschwindigkeit des Zuges ist, was bedeutet, dass der Zug im Stillstand nicht schweben kann. Aus diesem Grund hat der SCM Ergriff auch Räder zum Anfahren und zur langsamen Fahrt. Wenn der Zug dann eine kritische Geschwindigkeit erreicht, werden die Räder eingefahren, weil die elektromagnetische Kraft stark genug ist, um den Zug schweben zu lassen.
Kommen wir als Nächstes zur Leitlinie. Der Zug sollte immer zentriert sein, das heißt, er sollte sich bewegen, ohne gegen die Seitenwände zu stoßen. Mit anderen Worten, er sollte eine seitliche Stabilität erreichen.
Für diese Stabilität sorgten die japanischen Ingenieure ganz einfach, indem sie die zuvor gezeigten achterförmigen Spulen miteinander verbunden haben. Wenn sich der Zug in der Mitte befindet, sind die induzierten EMKs an der rechten und linken Spule gleich und es fließt kein Strom durch die Verbindungsspulen.
Wenn wir jetzt aber annehmen, dass sich der Zug leicht nach rechts bewegt, verursacht diese Verschiebung eine EMK-Differenz zwischen den rechten und linken Spulen, was dazu führt, dass die Verbindungsspulen einen Stromfluss haben.
Dieser Stromfluss durch die Verbindungsspulen beeinflusst den Stromfluss in den beiden unteren Kreisläufen und damit die Polstärke jedes Kreislaufs. Analysieren wir nun die Kräfte, die auf den Zug wirken. Hier kann man sehen, dass die vertikalen Komponenten der Kräfte gleich bleiben. Allerdings manifestiert sich eine horizontale Nettokomponente nach links, die den Zug zwingt, sich zurück zur Mitte zu bewegen.
Wenn sich der Zug dann der Mitte nähert, nehmen die Ströme in den Verbindungskreisläufen ab, bis die horizontale Komponente schließlich ganz verschwindet. Das ist ein wirklich einfacher und genialer Mechanismus zur Stabilisierung des Zuges.
Aus den bisher genannten Punkten kannst du dir sicherlich bereits denken, dass das Kryogensystem und die anderen elektrischen Geräte im Zug eine riesige Menge an elektrischer Energie benötigen. Doch wie überträgt man elektrische Energie auf einen solchen Hochgeschwindigkeitszug? Japan Railways verwendete zu diesem Zweck eine Technik namens kontaktlose Energieübertragung.
Hier wird mit Hilfe des Prinzips der elektromagnetischen Induktion elektrische Energie ohne jeglichen Materialkontakt von den Erdspulen auf die Stromsammelspule im Zug übertragen. Das starke Magnetfeld, das die supraleitenden Magnete erzeugen, kann allerdings gesundheitliche Auswirkungen auf die Fahrgäste haben.
Um dies zu vermeiden, werden magnetische Abschirmungen am Schienenfahrzeug und an der Einsteigevorrichtung verwendet, sodass die Stärke des Magnetfelds unter den empfohlenen Grenzwerten bleibt.
Die Testfahrten der SCM Ergriffs begannen 1997 auf der Yamanashi-Maglev-Teststrecke. Die Testfahrten waren sehr erfolgreich und wurden zehn Jahre lang fortgesetzt, ohne einen einzigen Tag zu versäumen. In dieser Zeit wurde eine Weltrekordgeschwindigkeit von 603 km/h erreicht. Diese äußerst positiven Ergebnisse ermutigten die japanischen Behörden, die kommerzielle SCM-Ergriff-Betriebserlaubnis zwischen Tokio und Nagoya bis zum Jahr 2027 durchzuführen, wobei weitere SCMs folgen sollen. Bevor du gehst, vergiss bitte nicht, ein Teil unseres Teams zu werden. Vielen Dank.
Für diese Stabilität sorgten die japanischen Ingenieure ganz einfach, indem sie die zuvor gezeigten achterförmigen Spulen miteinander verbunden haben. Wenn sich der Zug in der Mitte befindet, sind die induzierten EMKs an der rechten und linken Spule gleich und es fließt kein Strom durch die Verbindungsspulen.
Wenn wir jetzt aber annehmen, dass sich der Zug leicht nach rechts bewegt, verursacht diese Verschiebung eine EMK-Differenz zwischen den rechten und linken Spulen, was dazu führt, dass die Verbindungsspulen einen Stromfluss haben.
Dieser Stromfluss durch die Verbindungsspulen beeinflusst den Stromfluss in den beiden unteren Kreisläufen und damit die Polstärke jedes Kreislaufs. Analysieren wir nun die Kräfte, die auf den Zug wirken. Hier kann man sehen, dass die vertikalen Komponenten der Kräfte gleich bleiben. Allerdings manifestiert sich eine horizontale Nettokomponente nach links, die den Zug zwingt, sich zurück zur Mitte zu bewegen.
Wenn sich der Zug dann der Mitte nähert, nehmen die Ströme in den Verbindungskreisläufen ab, bis die horizontale Komponente schließlich ganz verschwindet. Das ist ein wirklich einfacher und genialer Mechanismus zur Stabilisierung des Zuges.
Aus den bisher genannten Punkten kannst du dir sicherlich bereits denken, dass das Kryogensystem und die anderen elektrischen Geräte im Zug eine riesige Menge an elektrischer Energie benötigen. Doch wie überträgt man elektrische Energie auf einen solchen Hochgeschwindigkeitszug? Japan Railways verwendete zu diesem Zweck eine Technik namens kontaktlose Energieübertragung.
Hier wird mit Hilfe des Prinzips der elektromagnetischen Induktion elektrische Energie ohne jeglichen Materialkontakt von den Erdspulen auf die Stromsammelspule im Zug übertragen. Das starke Magnetfeld, das die supraleitenden Magnete erzeugen, kann allerdings gesundheitliche Auswirkungen auf die Fahrgäste haben.
Um dies zu vermeiden, werden magnetische Abschirmungen am Schienenfahrzeug und an der Einsteigevorrichtung verwendet, sodass die Stärke des Magnetfelds unter den empfohlenen Grenzwerten bleibt.
Die Testfahrten der SCM Ergriffs begannen 1997 auf der Yamanashi-Maglev-Teststrecke. Die Testfahrten waren sehr erfolgreich und wurden zehn Jahre lang fortgesetzt, ohne einen einzigen Tag zu versäumen. In dieser Zeit wurde eine Weltrekordgeschwindigkeit von 603 km/h erreicht. Diese äußerst positiven Ergebnisse ermutigten die japanischen Behörden, die kommerzielle SCM-Ergriff-Betriebserlaubnis zwischen Tokio und Nagoya bis zum Jahr 2027 durchzuführen, wobei weitere SCMs folgen sollen. Bevor du gehst, vergiss bitte nicht, ein Teil unseres Teams zu werden. Vielen Dank.
Sehen wir uns nun den gleichen Fall an, aber dieses Mal liegt der Magnet leicht versetzt zum Kreislauf. Hier ist der untere Kreislauf einem Magnetfluss mit mehr Kraft ausgesetzt, was bedeutet, dass die induzierte EMK auf dem unteren Kreislauf höher ist als auf dem oberen.
Diese höhere Kraft bedeutet auch, dass ein Netto-Strom durch den Kreislauf fließen wird. Dieser Stromfluss erzeugt einen Südpol am oberen Kreis und einen Nordpol am unteren Kreis. Wenn man die Kraftinteraktion zwischen den Magnetpolen analysiert, wird klar, dass eine resultierende Kraft nach oben auf den supraleitenden Magneten wirkt.
Wenn diese Kraft größer ist als die Anziehungskraft, bewegt sich der Magnet nach oben. Somit erzeugt die Bewegung eines supraleitenden Magneten parallel und versetzt zu einer achterförmigen Spule einen Schwebezustand. Wenn sich der Magnet nach oben bewegt, verringert sich die Differenz zwischen den EMKs und dem Stromfluss im Kreislauf, was bedeutet, dass sich die Kraft auf die Schleife ebenfalls verringert.
Wenn die nach oben gerichtete Kraft dann gleich der Anziehungskraft wird, ist der Magnet im Gleichgewicht und der Zug schwebt. Mit dieser Technologie erreichten japanische Ingenieure ein Schweben von 9,9 Zentimetern.
Natürlich ist die Schwerkraft umso größer, je höher die Geschwindigkeit des Zuges ist, was bedeutet, dass der Zug im Stillstand nicht schweben kann. Aus diesem Grund hat der SCM Ergriff auch Räder zum Anfahren und zur langsamen Fahrt. Wenn der Zug dann eine kritische Geschwindigkeit erreicht, werden die Räder eingefahren, weil die elektromagnetische Kraft stark genug ist, um den Zug schweben zu lassen.
Kommen wir als Nächstes zur Leitlinie. Der Zug sollte immer zentriert sein, das heißt, er sollte sich bewegen, ohne gegen die Seitenwände zu stoßen. Mit anderen Worten, er sollte eine seitliche Stabilität erreichen.
Für diese Stabilität sorgten die japanischen Ingenieure ganz einfach, indem sie die zuvor gezeigten achterförmigen Spulen miteinander verbunden haben. Wenn sich der Zug in der Mitte befindet, sind die induzierten EMKs an der rechten und linken Spule gleich und es fließt kein Strom durch die Verbindungsspulen.
Wenn wir jetzt aber annehmen, dass sich der Zug leicht nach rechts bewegt, verursacht diese Verschiebung eine EMK-Differenz zwischen den rechten und linken Spulen, was dazu führt, dass die Verbindungsspulen einen Stromfluss haben.
Dieser Stromfluss durch die Verbindungsspulen beeinflusst den Stromfluss in den beiden unteren Kreisläufen und damit die Polstärke jedes Kreislaufs. Analysieren wir nun die Kräfte, die auf den Zug wirken. Hier kann man sehen, dass die vertikalen Komponenten der Kräfte gleich bleiben. Allerdings manifestiert sich eine horizontale Nettokomponente nach links, die den Zug zwingt, sich zurück zur Mitte zu bewegen.
Wenn sich der Zug dann der Mitte nähert, nehmen die Ströme in den Verbindungskreisläufen ab, bis die horizontale Komponente schließlich ganz verschwindet. Das ist ein wirklich einfacher und genialer Mechanismus zur Stabilisierung des Zuges.
Aus den bisher genannten Punkten kannst du dir sicherlich bereits denken, dass das Kryogensystem und die anderen elektrischen Geräte im Zug eine riesige Menge an elektrischer Energie benötigen. Doch wie überträgt man elektrische Energie auf einen solchen Hochgeschwindigkeitszug? Japan Railways verwendete zu diesem Zweck eine Technik namens kontaktlose Energieübertragung.
Hier wird mit Hilfe des Prinzips der elektromagnetischen Induktion elektrische Energie ohne jeglichen Materialkontakt von den Erdspulen auf die Stromsammelspule im Zug übertragen. Das starke Magnetfeld, das die supraleitenden Magnete erzeugen, kann allerdings gesundheitliche Auswirkungen auf die Fahrgäste haben.
Um dies zu vermeiden, werden magnetische Abschirmungen am Schienenfahrzeug und an der Einsteigevorrichtung verwendet, sodass die Stärke des Magnetfelds unter den empfohlenen Grenzwerten bleibt.
Die Testfahrten der SCM Ergriffs begannen 1997 auf der Yamanashi-Maglev-Teststrecke. Die Testfahrten waren sehr erfolgreich und wurden zehn Jahre lang fortgesetzt, ohne einen einzigen Tag zu versäumen. In dieser Zeit wurde eine Weltrekordgeschwindigkeit von 603 km/h erreicht. Diese äußerst positiven Ergebnisse ermutigten die japanischen Behörden, die kommerzielle SCM-Ergriff-Betriebserlaubnis zwischen Tokio und Nagoya bis zum Jahr 2027 durchzuführen, wobei weitere SCMs folgen sollen. Bevor du gehst, vergiss bitte nicht, ein Teil unseres Teams zu werden. Vielen Dank.