Power aus dem Gleisbett

Pfingstmontag 2014: Ein Unwetter zieht über den Westen Deutschlands hinweg. Umstürzende Bäume beschädigen die Oberleitungen. Noch mehrere Wochen  lang bleibt der Bahnverkehr beeinträchtigt.

Oberleitungen müssen aufwändig wieder instand gesetzt werden. In einer Studie haben Forscher des DLR und der Universität Stuttgart gezeigt, dass Hochgeschwindigkeitszüge auch anders als auf herkömmliche Weise angetrieben und mit Energie versorgt werden können – durch eine berührungslose Energieübertragung über Induktionsschleifen.

Berührungsloses Bereitstellen von Energie für den Zug der Zukunft

Induktionsspulen, so das Ergebnis der Studie, können einen Hochgeschwindigkeitszug mit ausreichend elektrischer Energie versorgen. Dafür liegen Spulen von zwanzig Meter Länge in der Mitte des Gleisbetts.

Im Unterboden des Zugs werden, je nach benötigter Energiemenge, mehrere Spulen von fünf Meter Länge in die Außenhülle des Fahrzeugs integriert. Diese nehmen, wenn sich der Zug über die Induktionsspulen bewegt, durch das entstandene Magnetfeld elektrische Energie auf.

„Die Spulen auf beiden Seiten müssen relativ lang sein, damit sich auch bei hohen Geschwindigkeiten die Spulen im Gleis und im Fahrzeug lange genug übereinander befinden, um die Energie zu übertragen“, Dr.-Ing. Joachim Winter vom DLR-Institut für Fahrzeugkonzepte und Projektleiter der Studie.

Zwischen der Spule im Gleis und der aufnehmenden Spule im Fahrzeug befindet sich lediglich ein schmaler Luftspalt. „Dieser Luftspalt muss möglichst klein sein, damit die Energie effizient übertragen werden kann, er darf nur wenige Zentimeter betragen“, so Winter. Durch Induktion kann Energie mit einem hohen Wirkungsgrad von bis zu 95 Prozent übertragen werden.

Bereits 2011 verkehrte für einige Monate eine Straßenbahn in Augsburg auf einer Strecke von achthundert Metern, die berührungslos mit einer elektrischen Leistung von 200 Kilowatt versorgt wurde. In ihrer Studie haben die DLR-Forscher nun untersucht, wie die berührungslose Energieübertragung für sogenannte „Vollzüge“, von der Zubringerbahn bis zum Hochgeschwindigkeitszug, der mit 800 Personen und einer Höchstgeschwindigkeit von 460 Kilometern pro Stunde fährt, funktionieren kann. Die Leistung, die übertragen werden muss, liegt zwischen etwa vier Megawatt bei den kleineren Zubringern und bis zu 25 Megawatt bei der maximalen Geschwindigkeit eines Hochgeschwindigkeitszugs. Technisch, so das Ergebnis der Studie, wäre der fahrdrahtlose Bahnverkehr in allen Bereichen bereits heute möglich. Für Hochgeschwindigkeitszüge gehen die Forscher von Neubaustrecken aus, die komplett mit der Induktionstechnologie ausgestattet sind.

Ein wesentliches Ziel der Machbarkeitsstudie bestand auch darin, zu klären, ob Schienenfahrzeuge, die mit einer hybriden Energieversorgung ausgestattet sind, im bereits vorhandenen Streckennetz ohne Induktionstechnologie fahren können. Für den Zubringerzug NGT (Next Generation Train) LINK sehen die Forscher eine Batterie vor, mit der der Zug zum Beispiel von Ulm nach Oberstdorf und wieder zurück, also über 240 Kilometer fahren kann.

Ein wesentlicher Vorteil der induktiven Energieversorgung eines Zugs liegt in der Unabhängigkeit von Witterungseinflüssen. „In Wüstenländern sorgen zum Beispiel Sand und Salz, die sich an der Oberleitung festsetzen und zwischen Leitung und Stromabnehmer wie ein Schmirgelpapier wirken, für Probleme im Bahnverkehr“, sagt Winter. Saudi-Arabien und Oman haben bereits Interesse an der Technologie bekundet. Nachfrage besteht auch in europäischen Ländern, wo Eisansatz die Oberleitungen oft beschädigt. „Dass Bäume auf Gleise fallen, wird sich nicht verhindern lassen, fahrdrahtlose Verbindungen haben aber den Vorteil, dass die Infrastruktur nach einem Windbruch rasch wieder freigeräumt werden kann und die Strecken, oft ohne Reparatur, kurzfristig wieder befahrbar sind.“