Magnetsvävartåget, ett revolutionerande tågsystem utan de naturliga gränser som finns i konventionella hjul- och rälssystemet. Det är ett alldeles nytt system där tåget inte längre rullar eller åker fram utan svävar helt kontaktlöst. Ett tågsystem utan like, det går snabbare, är starkare och förbrukare mindre energi. Skall det bli framtidens transportmedel?

^{Några genvägar till olika stycken:}

Uppbyggnad av systemet

Lyftningssytemet

Drivningssytemet

Styrningssystemet

Bankonstruktionen

Användning av magnetsvävartåget

Magnetsvävartågets möjligheter

Alternativ till magnetsvävarsystemet

Sammanfattningsvis

Magnetsvävarsystemet

Magnetsvävarsystemet är revolutionerande med tanke på att det traditionella järnvägsfunktionerna med hjul och räls har bytts ut mot electromagnetiks svävning. Tåget lyfts upp och drivs av magnetiska fält genom attraktionprincipen. Fälten skapas av elektromagneter som växelverkar med andra magnetkomponenter. Genom förflyttning av magnetfältet drivs tåget framåt. En viktig faktor för att svävningsprincipen ska fungera är tågets lätta vikt, som reducerar kraften som behövs för att lyfta tåget. Det är det som är nyckeln.

^{Uppbyggnad av systemet}

Magnetsvävartåget är baserat på ett system som kallas EMS, Elektro Magnetic System, men kan också kallas maglevsystem. Med EMS-systemet har funktionerna med hjul och räls dvs. lyft och stöd, styrning, framdrift och bromsning ersatts av ett kontaktfritt sväv-, styr-, framdrivnings- och bromsiningssystem. EMS funktioner använder sig av attraherande krafter mellan elektromagneter, fästa på underredet av tåget och magnetkomponenter av järn som finns på undersidan av bankonstruktionen. Det magnetiska fält som skapas av elektromagneterna är nästan lika till styrka som jordklotets naturliga fält.

All elektrisk utrustning på tåget, även EMS-systemet får sin ström genom en kontaktlös överföring, det vill säga en linjär generator. Den är sammanbyggda med elektromagneterna för svävningssystemet. Men strömöverföringen fungerar endast när tåget uppnått en tillräckligt hög hastighet och därför använder man sig av batterier och generator tills en viss hastighet uppnåtts. Som sagt finns det ingen kontakt mellan tåget och den underliggande bankonstruktionen. Därigenom slipper man de naturliga gränserna som hjul- och rälsprincipen utgör. Det finns ingen friktion mellan tåg och bankonstruktion utan endast luftmotståndet som den mottryckande kraften. Detta leder till att man kan komma upp i högre hastigheter och samtidigt förbruka mindre energi. Hela tågsystemet kan delas upp i fyra olika huvudelar, lyft-, driv-, styrningssystemet och bankonstruktionen.

Lyftningssystemet

EMS-principen är som jag tidigare nämnt, baserad på attraherande krafter mellan elektromagneter och magnetkomponenter av järn. Eftersom elektromagneterna sitter fast på tågets underrede och magnetkomponenterna sitter fast på undersidan av bankonstruktionen dra svävningsmagneterna på så sätt till sig tåget underifrån upp mot bankonstruktionen. (se bild 1). Ett kraftfullt elektroniskt kontrollsystem försäkrar att tåget svävar på rätt avstånd, nämligen 10 mm från bankonstruktionen. Genom att öka strömen till elektromagneterna, blir dragningskraften större och tåget lyfts upp ifall det sjunkit för lågt. Motsvarande, om tåget kommit för högt så minskas strömmen och tåget tappar höjd.

Bild 1. De gröna fälten är magnetkomponenterna (lyftningssystemet) tillsammans med statorn (drivningssystemet). De röda är elektromagneterna (lyftningssystemet) tillsammans med stödmagneterna, rotorn (drivningssystemet). De gula fälten är styrningssystemets elektromagneter. Svävar avståndet 10 mm är emellan det gröna och röda fältet.

Drivningsystemet

Konvotionella tåg har sin motor ombord och endast under en kort tid används motorns hela effekt. Detta gör tågen onödigt tunga. Hos Transrapid-system är motor belägen på bankonstruktionen. Detta ger två stora fördelar, nämligen att tågen blir lättare och en större flexibilitet i utformningen av motorn kan uppnås. Drivningssystemet består av en långstator i en linjär motor. Dess funktionssätt är snarlikt en roterande elektrisk motor vars stator har blivit kapad, utrullad och monterad längs hela undersidan av bankonstruktionen. (se bild 2). Istället för ett roterande magnetfält så skapas av strömmen i lindningarna ett vandrande magnetfält. Tåget dras med längs det magnetiska fältet genom stödmagneter. Stödmagneterna som är fast på tågets underrede agerar nu som det rörliga elementet, rotorn, i motorn. (se bild 1). På så sätt kan tåget accelerera från stillastående till sin maximala hastighet i ett svep. För bromsning av tåget använder man i princip drivningssystem på samma sätt, men håller tillbaka tåget istället. Man introducerar också virvelströmmar som sänker farten på tåget. Genom bromsningen kan man kan också ladda upp de generatorer som finns ombord för att återfå lite energi.

Bild 2. Funktionssätt av motorn är snarlikt en roterande elektrisk motor vars stator har blivit kapad (grönt), utrullad och monterad längs hela undersidan av bankonstruktionen. Den förut roterande delen (rött) dras nu istället längst statorn med hjälp av ett vandrande magnetfält.

Styrningssystem

Styrningssystemet är uppbygt på samma principer som lyftningssystemet. Den enda skillnaden är att elektromagneterna sitter fast på sidan av tågets underrede och magnetkomponenterna är fästa på sidan av bankonstruktionen (se bild 1). Styrningssystemet kontrolleras också av ett elektroniskt kontrollsystem.

Bankonstruktionen

Man har valt att låta tåget fara på en höjd av ca 4.70 m för att minska påverkningar på byggnader och biotoper. Själva bankonstruktionen vilar på betongpelare och är uppdelade i 62 m långa individuella stycken. Banstyckena är antingen förstärkta med betong- eller stålbalkar. Bankonstruktionen är ungefär formad som ett liggande H och är gjord av vittringsfri metall. För att minska strömkonsumtionen så har hela tågbanan delats upp i flera sektioner. Endast de sektioner som tåget eller tågen befinner sig på är påslagna. Tack vara Transrapid-tågens kraftiga drivningssystem kan tågen klara stigningmoment ända upp till 10 %. Vid byggandet av tågbanan behöver inte landskapet förändras i någon större grad. Man slipper schakta och spränga bort jord och berg.

^{Användning av magnetsvävartåget idag och framtida utvecklingar}

Magnetsvävartåget är ett nytt system som ännu inte nyttjas som transportmedel utan fortfarande är under utveckling. Man har dock gjort ett flertal provprototyper sedan 1971och bedrivit forskning sen ännu längre tillbaka. Nu har man tagit det stora steget och slutit ett avtal för försäljning av ett moderniserat system. Systemet ska gå emellan städerna Berlin och Hamburg och förväntas vara färdigt år 2005. Det kommer då vara, som det ser nu, det första av sitt slag som används som allmänt transportmedel för personer och frakt av gods. Det är Transrapid, ett "joint venture" mellan de tre bolagen, Adtranz, Siemens och Thyssen som står bakom forskning och produktionen av systemet. Alla dessa företag är tyska eller åtminstonde delvis och det därför, som det första projekt förverkligas i hemlandet Tyskland. Det enda problemet med EMS tågen är att kostnaden för tillverkning av hela systemen, tåg och bana, kostar flera gånger så mycket som för de vanliga snabbtågssystem. Om man i framtiden kan sänka materialkostnaderna för produktionen kommer EMS-tågen dock att bli ett konkurrenskraftigt system. Då kommer nog allt fler äldre tågsystem att bytas ut mot magnetsvävarsystem. Eftersom systemet ännu är relativt nytt kan man efter mer forskning troligen öka systemets prestanda och delvis sänka produktionskostnaderna. Det finns planer på att sammanlänka flera andra tyska städer med magnetsvävarsystemet om tågsystemet mellan Berlin Hamburg blir lönsamt. Väl etablerat i Tyskland så kommer man att kunna utveckla nya system för andra tätbefolkaden områden i resten av världen.

Bild 3. Systemet som skall vara färdigt år 2005 mellan städerna Berlin Hamburg.

^{Magnetsvävartågets möjligheter}

Det är ett helt nytt koncept inom den allmänna persontransporten men har redan visat sig ha stora fördelar jämtemot de gamla tågsystemen. Magnetsvävarsystemet är kraftfullare men ändå energisnålare. Det planerade systemet mellan Berlin-Hamburg år 2005 överträffar det nu mest moderna höghastighetståget ICE 3 på många punkte. Såsom maximal hastighet, ljudnivå och stigningförmåga (se Tabell 1). Färdigheter som påverkar tågets användingsområden och systemet byggnadskostnader. En annan unik fördel med magnetsvävarsystemet är att man kan kan ha flera tåg gående i samma system och riktning med endast korta avstånd emellan dem. Detta ger en ökad transportkapacitet utöver den redan höga hastigheten. En ökad säkerhet jämte mot andra tågsystem kan också bli ett positiv bidrag. Det är virtuellt omöjligt för tåget att "spåra ur" (se bild 1) då tåget är vikt runt bankonstruktionen. Magnetsvävarsystemet minskar glappet mellan tåg och flyg väsentligt. I framtiden kan allt mer flygtrafik omdirigeras till tågen och därmed bidra med en bättre miljö.

Tabell 1. Jämförelse mellan ICE3- och Transrapidsystemet

^{Alternativ till magnetsvävarsystemet}

Som alternativ till magnetsvävarsystemet finns förutom vanligt rälsbundet höghastighetståg också några liknande system som Transrapids EMS (Elektor Magnetisk System). Innan Transrapid beslutade sig för att koncentrera sig på EMS undersökte man tre alternativa metoder. Nämligen ett permanentmagnetiskt svävande tåg, en luftkuddesteknik för tåg och ett elektrodynamisk svävande tåg med oreglerbara repellerande krafter (EDS).

Man uteslöt permanentmagnetiskt svävande p g a höga omkostnader och svårlösta tekniska problem. Efter mer omfattande försök uteslöts också luftkuddestekniken. Hög energieförbrukning, det höga oljudet och problem med förverkligandet av den beröringsfria driften var bidragande faktorer.

Elektro Dynamiska Systemet, EDS, utvecklades till en början parallet med EMS men upphörde 1977. Som förklaring angav man besvärligheten med supraledning och "bord-cryotechnics", nerkylningssystemet, den stora förbrukningen av energi, elektromagnetisk strålning samt behovet av start- och landningsmekanik.

Medan Transrapid beslutade att fortsätta med EMS så valde ett japansk företag EDS-tekniken. EDS har följande punkter som klart skiljer sig från EMS. Istället för attraktion mellan tåg och bankonstruktion så går EDS systemet ut på repellation med hjälp av supraledande magneter. Supramagneterna är fastsatta på tåget underrede och lyfter upp tåget från den underliggande bankonstruktionen av metall. För att få magneterna supraledande måste man kyla ner dem till en temperatur på endast fyra grader från den absoluta nollpunkten. Det görs med hjälp av flytande helium.

Den svävande effekten kan endast nås när tåget är i rörelse. Det behövs en fart på ca 100 km/h för att nå den önskade svävningshöjden på 100 mm. För att starta och stanna tåget behövs det alltså ett alternativt system. Man använder sig den normala räls / hjulprincipen med hjul gjorda av gummi. Hjulen fälls upp när tåget uppnått sin svävarhöjd. För styrning av tåget använder man sig av samma supraledande princip som för svävningen.

Sammanfattningsvis kan man säga att Berlin-Hamburg projektet ser lovande ut om man inte beaktar på produktionskostnaderna. Då kostnaderna i hög grad påverkar försäljningspriset kommer det vara svårt att hitta fler kunder till EMS-systemet. Kan produktionskostnaderna sänkas ordentligt kommer det troligen bli början till en omfattande moderniseringar av både Tysklands och resten av världens tågsystem. Det finns möjligheter för ytterligare förbättringar av EMS-systemet så att det kan göras effektivare och kanske ännu snabbare. Kan systemet bli mer konkurrenskraftigt kommer framtiden att bli ljus för Transrapid.

^{Back to mainpage}