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Technik des Magnetismus

Es gibt sehr viele praktische Anwendungen des Prinzips „Magnetismus“ in Geräten und Maschinen. Mit einer kleinen Kompassnadel fing es an, doch ist diese Technik inzwischen kaum noch wegzudenken.

HLD

Eine schon sehr lange bekannte Anwendung findet der Permanentmagnet in der Kompassnadel, die im Kompass ungefähr die Nord-Süd-Richtung weist. Die Magnetpole liegen bekanntlich nicht genau auf den geographischen Polen und wandern zudem (siehe Papier + Technik 2/2006). Die Erforschung des Magnetismus führte zu zahlreichen weiteren technischen Anwendungen. Der Elektromagnet ist die Grundlage des Elektromotors und des Transformators. Starke Elektromagnete werden für Kräne benutzt, die magnetisches Metall festhalten, zum Beispiel in Stahlwerken, bei Autoverwertungen und auf Schrottumschlagplätzen. Neuartige magnetische Materialien ermöglichten die rasante Entwicklung des Computers, insbesondere der Speicherelemente. Magnetpartikel sind wichtige Bestandteile der Datenspeicher, zum Beispiel von Bändern, Platten, oder Karten. Sehr starke Magnetfelder weisen die kernmagnetischen Resonanztomographen auf, die heute unverzichtbar für gründliche ärztliche Untersuchungen sind. In der Forschung arbeitet man mit Hochleistungs-Teilchenbeschleunigern, bei denen supraleitende Magnetspulen die beschleunigten Teilchen bündeln und auf ihrer gekrümmten Bahn halten.

Bei der elektromagnetisch schwebenden Bahn wendet man das Prinzip der gegenseitigen Anziehung beziehungsweise Abstoßung von Magnetfeldern dazu an, um ein dauerhaftes freies „Schweben“ und eine gleichzeitige Fahrbewegung zu erzeugen. In der Praxis unterscheidet man nach elektromagnetisch und elektrodynamisch schwebenden Bahnen. Bei ersteren bewirken die Anziehungskräfte von Elektro- oder Permanentmagneten das Tragen und Führen des Fahrzeugs, das Beispiel hierfür ist der Transrapid. Beim elektrodynamischen Schweben werden während schneller Fahrt durch magnetische Wechselfelder in supraleitenden Spulen innerhalb des Fahrzeugs Ströme induziert, die ein Gegenfeld für die Tragfunktion erzeugen.

Vielen Vorteilen der Magnetschwebebahn – zum Beispiel Geschwindigkeit bis über 500 km/h bei herkömmlicher Trassierung, Schutz gegen Entgleisung, auch hohe Steigungen und engere Kurvenradien möglich, bei aufgeständerter Trassierung sichere und einfache Kreuzungen mit anderen Verkehrswegen, geringere Lärmbelästigung, witterungsunabhängiger, kein Verschleiß durch Reibung – stehen auch Nachteile gegenüber, insbesondere die Inkompatibilität zu bestehenden Verkehrssystemen, die geringere Eignung für den Güterverkehr und hohe Investitionskosten. Im Jahr 1922 begann Hermann Kemper in Deutschland mit der Entwicklung der Magnetschwebebahn und erhielt dafür zwölf Jahre später das deutsche Reichspatent 643316. Erst im Jahr 1973 nahmen der Physiker Götz Heidelberg und Professor Herbert Weh von der Technischen Universität Braunschweig die Entwicklung wieder auf. Im Jahr 1984 wurde der erste Bauabschnitt der Transrapid-Versuchsanlage im Emsland in Betrieb genommen.

Die bisher einzige kommerzielle Magnetschwebebahn – Modell Transrapid – wurde im Jahr 2003 in Shanghai, China, als Flughafenzubringer aus der Stadt zum neuen Flughafen Pudong errichtet. Die Betriebsgeschwindigkeit beträgt 430 Kilometer pro Stunde, die Auslegungsgeschwindigkeit über 500 km/h. Das Fahrgefühl ist toll: Der Zug beschleunigt ruckfrei und zügig, aber nicht unangenehm schnell bis zur Höchstgeschwindigkeit und bremst dann genauso sanft wieder ab.